Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/26 

ром, а число ступеней равно числу кодовых комбинаций. Дорожка грубого отсчета может быть выполнена аналогично одному шагу дорожки среднего отсчета, а дорожка точного отсчета выполнена равномерно квантованной. Сигналы с фотоприемников I и 2, установленных против дорожки грубого отсчета кодового диска, формирователем 9 кода грубого отсчета преобразуются в код старших разрядов выходного кода, который управляет работой коммутатора 10, осуществляющего подключение аналого-цифровых преобразователей 13- 16 к фотоприемникам 3-6, установленным против дорожки (АЦП) среднего отсчета кодового диска так, что в каж дом из АЦП 13-16 осуществляется, преобразование сигнала, снимаемого с ного и того же сектора дорожки среднего отсчета. Из двукразрядных кодов на выходах АЦП 13-16 элементами, ИСt

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками и в системах управления телескопа ми.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и умен щение габаритов преобразователя.

На фиг, 1 приведена функциональная схема преобразователя угЛа пово- рота вала в код; на фиг. 2 - дорожка грубого отсчета и фрагмент дорожки среднего отсчета кодового.диска преобразователя и расположение фотоприемников относительно зтих дорожек; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие процесс формирования сигналов среднего отсчета преобразователя; на фиг.4 анапого-цифровой преобразователь; на фиг. 5 - варианты выполиения фор- мирователей согласуюцих сигналов, на фиг.6 - формирователь кода грубого отсчета.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит излучатели, инди- каторный и кодовый диски (не показаны) , фотоприемники грубого отсчета I и 2, среднего отсчета 3-6 и точного отсчета 7-8, формирователь 9 кода

КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28 осуществляется формирование вьосодного кода среднего отсчета. Сигналы, снимаемые фотоприемниками 7 и 8 и формирователем 11 кода точного отсчета, преобразуются в п младших разрядов (точный отсчет) выходного кода. Согласование отсчетов осуществляется сигналами, сформированными формирователями 17-20 согласующих сигналов. Из сигналов старшего разряда кода точного отсчета в зависимости от кодов младшего разряда, грубого отсчета для первого сектора кодовой дорожки, среднего отсчета кодового диска и в зависимости от кода младщего разряда предьщущего сектора формируются сигналы для остальных секторов кодовой дорожки среднего отсчета. Согласование грубого отсчета осуществляется аналогично в формирователе 9 кода грубого отсчета. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

грубого отсчета, коммутатор 10, формирователь 1I кода точного отсчета, источник 12 опорного напряжения, ана лого-1щфровые преобразователи (АЦП) 13-16, формирователи 17-20 согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАКНЦЕЕ ИЛИ 2Г-28, Каждый из АЦП 13-16 (фиг. содержит резистивную матрицу 29, сумматоры 30-32, компараторы 33-35, дешифратор 36 на элементах ИСКЛЮЧАЮ- ЩЕЕ ИЛИ 37 и выходы 38-40, а каждый из формирователей 17-20 согласующих сигналов - инвертор 4il, делитель 42, напряжения и коммутатор 43 (фиг. 5 О или элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 44 и де- литель 45 (фиг. 5 5). Формирователь 9 кода грубого отсчета (фиг. 6) содержит формирователи 46 и 47 согласующих сигналов, вьтолненные аналогично формирователям I7-20, коммутаторы 48 и 49, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 50 и АЦП 51 и 52, выполненные аналогично АЦП 13-16.

Дорожка грубого отсчета кодового диска преобразователя (фиг. 2 а) содержит активный (прозрачный) участок, ограниченный ступенчато возрастающей линией с-угловым размером ступени uif, равным 360 У 2 rfje k 31

натуральное число (для случая, когда (фиг. 2 о ), с 90°). Радиапь- ный размер дорожки грубого отсчета изменяется от радиуса R внутренней до радиуса R,,, наружной границ дорожки. Радиальный размер Эр ступени определяется выражением

г4 - .r

При и двух фотоприемниках 1 и 2 грубого отсчета () угол между их осями составляет

lO

F-Ё

где

и 2

Е - число фотоприемников 1

грубого отсчета.

Дорожка среднего отсчета разделена на четыре равньк сектора () и считывается четырьмя фотоприемниками 3-6. Каждый сектор содержит 2 участков, где m - натуральное число. Угловая величина участка первого сектора равна (т.е. кванту млад- шего разряда выходного кода грубого отсчета преобразователя), а угловая величина участка каждого последующего сектора - угловой величине (кванту) младшего разряда выходного кода, сформированного от предыдущего сектора. Она определяется выражением

W У i 2

. W3

где m - натуральное число.

Для приведенного примера (фиг.25

, поэтому -

24845, W,42 11 25. В пределах одного участка радиальный размер дорожки среднего отсчета ступенчато возрастает, а в пределах сменного участка - ступенчато убывает. В каждом секторе угловой размер ступени

определяется выражением

«t- -i

Г 2

Для

указанного примера () ci,ll l5 , сА2 2°Д8 45, di,42 11,25, в 4 10 38,8

Величина ступени в радиальном направ-50 счета кодового диска в пределах поллении радиальный размер ступени определяется выражением

Rnap.c -RBHC F-T

Ас

Дорожка точного отсчета кодового диска преобразователя (не показана) выполнена равномерно квантованной и содержит деления с угловой величиной

fO

15

02530

35

)

.

40

тага, равной yгJIoнo ry pa Nicpy ступени последнего сектора дорожки среднего отсчета кодового диска. R данном случае квант равен 360/2. Информация считывается с нее фoтoпpиe п и- к ами 7 и 8.

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении вала преобразователя, кинематически соединенного с кодовым диском, на фотоприемниках 1 и 2 выделяются сигналы, пропорционапь- ные падающему на них световому потоку от излучателей. Эти сигналы, по форме близкие к ступенчато возрастающей функции, поступают на формирователь 9 кода грубого отсчета, на выходе которого формируются три ст арших разряда выходного кода (грубьм отсчет) .

Информационные входы АПП 51 и 52 являются информационными входами формирователя 9 и подключены к фотоприемникам 1 и 2 (фиг. 6). На выходах 38 и 39 АЦП 51 образуются два старших разряда выходного кода преобразователя. На выходах 38 и 39 АЦП 52 образуется двухразрядный код, смещенный на половину кванта младшего разряда по отношению к коду 51 , так как оси фотоприемников 1 и 2 разнесены на угол, равный 45. Младший разряд выходного кода грубого отсчета выделяется на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 50, входы которого через коммутаторы 48 и 49 подключены к выходам 39 (младших разрядов) АДП 51 и 52.

На фотоприемниках 3-6 среднего отсчета образуются сигналы, которые поступают на входы коммутатора 10, на управляющие входы которого подаются сигнсшы трех старших разрядов выходного кода, сформированных в формирователе 9 кода грубого отсчета. Переключение в коммутаторе 10 происходит таким образом, что на каждый из его выходов поступает сигнал с одного и того же сектора дорожки среднего отного-оборота вала. Эти сигналы (фиг. За) поступают на информационные входы АЦП 13-16, каждый из которых формирует прямоугольные сигналы по трем уровням, соответствующим трем ступеням входного напряжения (фиг.35, Виг). На выходах каждого из АЦП 13-16 образуются возрастающий дгух- раэрядный двоичный код при ступенча513

то возрастающем напряжении Ц. на информационном входе каждого из АЦП 13-16 в пределах одного участка сектора и убывающий при ступенчато убывающем напряжении U,. в пределах смежного участка (фиг. Зе иЗ). Эти сигналы поступают на первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28,на выходах которьк получается воэраста- кхций восьмиразрядный двоичный код (средние разряды выходного кода) в пределах полного оборота вала (фиг.З К}, средний отсчет). Для этого на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28 подключенных к выходам соответствующих А1Щ 13-16, подаются сигналы выходного кода следующего по номеру старшего разряда по отношению к коду, формируемому данной парой элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28 (фиг. 3 е).

На фотоприемниках 7 и 8 точного отсчета вьзделяются квадратурные сигналы, поступающие на формирователь I1 кода точного отсчета, которым осуществляется формирование п младших разрядов выходного кода (точный отсчет) .Формирователь 11 представляет собой интерполятор, выполненный, например, в виде последовательно включенных блоков формирователей, дешифратора и потенциометрического моста.

Согласование среднего и точного отсчетов преобразователя осуществляется управлением пороговыми напряжениями компараторов 33-35 АЦП 13-16 сигналами, вырабатываемыми формирователями 17-20 согласующих сигналов из сигнала старшего (п-го) разряда младших разрядов выходного кода (разряд точного отсчета). Для этого постоянные напряжения с выходов резис- тивной (R-2R) матрицы 29 АЦП 13-16 (фиг. 4), вход которой является входом опорного напряжения U АЦП 13- 16 и подсоединен к источнику 12 опорного напряжения, суммируются в сумматорах 30-32 с согласующим сигналом 1 и подаются на пороговые входы компараторов 33-35, на объединенные информационные входы которых посту- пает напряжение Uf с соответствующего фотоприемника 3-6.

Опорные напряжения и амплитуда напряжения согласующего сигнала Ь выбираются таким образом, чтобы пороговые уровни Ц , и, и Uj на входах компараторов 33-35 не превьш1али по56

ловины амплитуды соответствующей сту- пе1ш входного сигнала Ug, а уровни и , и и Uj - превышали половину амплитуды соответствующей ступени, но

были меньше целой амплитуды (фиг.За).

При считывании логической 1 в старшем разряде точного отсчета формирование выходных сигналов компараторов 33-35 осуществляется по верхним уровням U2 , и и Uj, , чем обеспечивается отставание кода. При считы-, вании логического О в старшем разряде точного отсчета формирование сигналов осуществляется по нижним уровням и « з s обеспечивается опережение кода. При положении кодового диска, когда величина сигналов фотоприемников 3-6 находится в интервалах между напряжениями и, и Uj , Uj и и, Ug и и ,

изменение кода в старшем разряде точного отсчета с I на О приводит к изменению выходного кода среднего отсчета с отстающего на опережаю

щий.

Сигнал, сформированный компаратором 34 по средней ступени (фиг.З в), поступает на выход 38 А1Щ 13-16 непосредственно и является старшим разрядом, формируемым данным АЦП 13-16. Сигналы компараторов 33 и 35, сформированные по верхней и нижней ступеням (фиг. 3 В и г) подаются на входы

элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37-1, с выхода которого сигнал поступает на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮР(ЕЕ ИЛИ 37-2, на другой вход которого подается сигнал с компаратора 34,

а на выходе формируется младший значащий разряд (выход 39). Согласование ступенчато убывающего напряжения сигналов среднего отсчета осуществляется инверсным сигналом старшего разряда точного отсчета, для чего в промежутках между ступенчато возрастающим и ступенчато убывающим напряжениями производится коммутация сигнала старшего разряда точного отсчета на инверсный формирователь 17 согласующих сигналов. Для этого на второй вход каждого из формирователей 17-20, подключенного к соответствующему АЦП 13-16, подается сигнал

выходного кода следующего по номеру старшего разряда по отношению к коду , вырабатываемому этим АЦП 13-16 (сигнал с выхода младшего разряда формирователя и с выхода элементов

71

ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 22, 24 и 26-соответственно) ,

При применении формирователей 17- 20, выполненных на инверторе 41, делителе 42 напряжения и коммутаторе 43 (фиг. 3«), сигнал старшего разряда кода точного отсчета прямо и через инвертор 41 поступает на делитель 42 напряжения, выходы которого подключены к входам коммутатора 43. В зависимости от логического уровня коммутирующего сигнала U на выход коммутатора 43 проходит прямой или инверсный сигнал старшего разряда точного отсчета, амплитуда которого определяется коэффициентом деления делителя 42 напряжения.

При применении формирователей 17- 20 согласующих сигналов, выполненных на элементе ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 44 и делителе 45 напряжения, коммутация сигнала старшего разряда точного отсчета осуществляется элементом ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 44, на входы которого подаются коммутирующий и коммутируемый сигналы ( и ) а амплитуда согласующего сигнала устанавливается делителем 45 напряжения, подключенным к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 44.

Согласование грубого отсчета преобразователя осуществляется аналогичным образом при помощи согласующих сигналов, выpaбaтьmae ыx формирователями 46 и 47 (фиг. 6), которые выполняются по схемам формирователей 17-20. В качестве коммутирующего сигнала для формирования согласующего сигнала одного АЦП 51 (52) используется сигнал, сформированный другим АЦП 52 (51) по уровням Uj и L (фиг. За), который выделяется на выходе 40 (фиг. 4 и фиг. Зг). И наоборот для коммутации согласующего сигнала второго АЦП 52 используется сигнал, сформированный первым АЦП 51 по тем же уровням. Согласование задних фронтов сигналов грубого отсчета осуществляется при помощи коммутаторов 48 и 49 сигналами с выходов АЦП 51 и 52 (фиг. 6). Области заднего фронта сигнала, поступающего с фотоприемника 1 (2) на АЦП 51 (52), соответствует уровень логичес-- кой I на выходе 40 АЦП 52 (51).

В этом положении кодового диска на выход коммутатора 49 (48) поступает сигнал, сформированный по уровням Uj и U4 (фиг, 3 а), который вы35 ,8

Деляется на выходе 38 АЦП 51 (5.)- Таким образом, достигается одновременность смены (п+11), (п+Ю) и (п+9) разрядов кода грубого отсчета при формировании задних фронтов сигналов фотоприемников 1 и 2.

Тот или иной вариант построения узлов преобразователя определяется базовой серией интегральных микросхем, а также конкретньп выполнением кодового диска преобразователя, в частности числом секторов и ступе-ней в секторе.

В грубом отсчете преобразователя

може быть использовано кольцевое кодирование, что при предлагаемом числе фотоприемников грубого отсчета снижает разрешающую способность преобразователя на один двоичный разряд.

Предлагаемый преобразователь позволяет получить одиннадцать старимх разрядов на двух дорожках при шести фотоприемниках и п младших разрядов при дорожке точного отсчета с квантом, равным 360°/2Я

Число ступеней линий, ограничивающих активные участки дорожек грубого и среднего отсчетов, может быть увеличено и за счет этого повьппается разрешающая способность преобразователя без увеличения числа фотоприемников и его диаметра.

Формула изобретения

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий излучатели, оптически соединенные через индикаторный диск и кодовый диск с дорожками грубого, точного отсчетов и дорожкой среднего отсчета, разделенной на 2 равных секторов, где п - натуральное число, с фотоприемниками грубого, точного и среднего отсчетов, выходы фотоприемников точного отсчета соединены с входами формирователя кода точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с информационными входами формирователя кода грубого отсчета, первый и второй управляющие входы которого соединены с выходом старшего разряда формирователя кода точного отсчета и выходом источника опорного напряжения, а выходы соединены с управляющими входами коммутатора, информационные входы которого подключены к выходам 2 фотоприемников среднего отсчёта, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых и выходы формирователей

91

кода точного и грубого отсчетов являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и уменьп ения габаритов преобразователя, в него введены по числу фотоприемников среднего отсчета аналого-цифровые преобразователи и фор- ьшрователи согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ объединены в Т пар, а каждый сектор дорожки среднего отсчета кодового диска разделен на 2 , где m - натуральное число, участков, пыполненных со ступенчатым равномерно изменяющимся от радиуса R внутренней до радиуса иа().с наружной границ дорожки среднего отсчета радиальным размером и расположенных так, что равные радиальные размеры смежных участков совмещены, угловая величина Vf,. каждого участка первого сектора равна угловму эквиваленту кванта младпего разряда кода грубого отсчета, угловая величина U каждого участка каждого последуюгчего сектора равна угловому размеру с,- ступени предыду1 1его сек, W,тора, который равен Ы, -;;, , радиальный размер а ступени равен ае

КНОР.С-НЛК с

-oPI i выходы коммутатора соединены с первыми входами аналого-ии ровнх преобразователей, вторые входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, выход старшего разряда формирователя кода точного отсчета соединен с первыми входами формирователей согласующих сигналов, выходы которых соединены с третьими входами одноименных аналого-цифровых преобразователей, выходы каждого из которых соединены с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ одноименной пары, вторые входы которых соединены с вторым вхдом одноименного формирователя согласующих сигналов, выход младшего разряда формирователя кода грубого отсчета соединен с вторым входом первого формирователя согласующих сигналов, второй вход каждого последующего формирователя согласующего сигналов соединен с выходом четного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ предыдущей пары,

2. Преобразователь по п. 1, о т личающийс я тем, что дорожка грубого отсчета кодового диска

73510

выполнена со ступенчатым равномерно измекякщимся 07 радиуса внутренней до радиуса наружной границ дорожки грубого отсчета радиальным размером, причем угдтовой размер

360° каждой ступени равен oL тТ

k - натуральное число, а радиальный

RHOP.I-Квн.г размер ступени равен -

а угол между осями фотоприемников грубого отсчета равен 360/(2 г де - число фотоприемников грубого отсчета.

3. Преобразователь по пп, 1 и 2,

отличающийся тем, что формирователь кода грубого отсчета содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два коммутатора, два формирователя

0 согласующих сигналов и два аналого- цифровых преобразователя, первые входы которых являются информационными входами формирователя кода грубого отсчета, первые входы формиро5 вателей согласующих сигналов объединены и являются первым управляющим входом формирователя кода грубого отсчета, вторые входы аналого-цифровых преобразователей объединены и

0 являются вторым управляющим входом формирователя кода грубого отсчета, выходы формирователей согласующих сигналов соединены с третьими входами одноименных аналого-цифровых преобразователей, первый и второй вьгхо- ды каждого из которых соединены с первым и вторым входами соответственно первого и второго коммутаторов, третьи выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены с третьими входами соответст- венно второго и первого коммутато- . ра и с вторыми входами соответственно второго и первого формирователей согласующих сигналов, выходы коммутаторов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮ(11ЕЕ И.ПИ, выход которого является выходом младшего разряда формирователя кода грубого отсчета, а первый выход первого аналого-цифрового преобразователя и выход первого коммутатора являются остальными выходами формирователя кода грубого отсчета.

4. Преобразователь по пп. 1-3, отличающийся тем, что анапого-цифровой преобразователь содержит дешифратор, компараторы, сумматоры и резистивную матрицу, вход

5

0

5

11

которой является вторым входом ана лого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с первыми входами сумматоров, вторые входы которых объединены и являются третьим входом аналого-цифрового преобразовате ля, выходы сумматоров соединены с пороговыми входами компараторов, ин формационные входы которых объедине ны и являются первым входом аналого цифрового преобразователя, выходы компараторов соединены с входами де шифратора, выходы которого являются выходами аналого-цифрового преобразователя.

131273512

5. Преобразователь по пп, 1-3, отличающийся тем, что формирователь согласующих сигналов содержит коммутатор, делитель напряже- 5 ния и инвертор, вход которого является первым входом формирователя согласующих сигналов и соединен с первым входом делителя напряжения, второй вход которого подключеи к выходу инвертора, выходы делителя напряжения соединены с информационными входами коммутатора, управляювий вход которого является вторым входом, а выход - выходом формирователя согласу- юпщх сигналов.

10

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и уменьшение габаритов преобразователя. Для достижения цели в преобразова еле кодовая дорожка среднего отсчета кодового диска разделена на 2 равных секторов, где п - натуральное число, а каждый сектор разделен на 2 участков, причем шаг делений первого сектора (угловой размер участка) равен кван/у младшего разряда кода грубого отсчета, таг делений (угловой размер участка) последующих секторов равен угловой величине (кванту) младшего разряда кода, сформиро- - ванного от предыдущего сектора. В пределах каждого участка дорожка ограничена ступенчатой линией. Угловая величина каждой ступени равна угловой величине (кванту) младп1его разряда кода, формируемого этим секто- п Пр (Л Фиг.1

S ч и, t iC Agn

Л /

Г2

t

/

мГ

Г-дО

АЛЛА

шг

Кнар.с

l ll IS /ю

КЬнс

Фил 2

UCOZK

Фцг.