Преобразователь перемещения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/64 H03M1/50 H03M1/10 

поступают на вход счетчика, из выходного сигнала которого с помощью фазорасщепителя формируются два синусоидальных сигнала, поступающих на входы фазовращателя. При появлении выходного сигнала фазовращателя на выход преобразователя через блок элементов И поступает код счетчика, соответствующий перемещению вала фазовращателя. При отклонении сдвига фаз между входными напряжениями фазовращателя от 90 с помощью первого и второго нуль-компараторов, первых элементов И и ЗАПРЕТ, первого диф({)е- ренциального усилителя и первого ин1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения линейных или угловых перемещений с помощью датчиков типа индуктосин, а также в системах с ЧПУ и программн управляемых координатных в системах ЧПУ и программно-управляемых координатных столах.

Целью изобретения является по вы- шение точности преобразователя.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы его работы; на фиг.З - схема управляемого делителя напряжения; на фиг.4 - схема управляемого фазовращателя.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2, фазорас- щепитель 3, содержащий фильтр 4, управляемый делитель 5 напряжения и управляемый фазовращатель 6, усилители 7 и 8, фазовращатель 9, сумматор .10, дифференциальный усилитель II, блок 12 элементов И, нуль-компараторы 13 - 15, элемент И 16, элемен ЗАПРЕТ 17, элемент И 18, элемент запрет 19, дифференциальные усилители 20 и 21, интеграторы 22 и 23.

Управляемьй делитель напряжения содержит резистор 5.1, резистор 5.2 светодиод 5.3 резисторной оптопары, резистор 5.4, управляемый фазовращатель содержит согласующий трансформатегратора вырабатьпзается сигнал рассогласования, который поступает на управляющий вход управляемого фазовращателя фазорасщепителя. При различии амплитуд входных напряжений фазовращателя сигнал рассогласования формируется с помощью сумматора, второго дифференциального усилителя, третьего нуль-компаратора, вторых элементов И и ЗАПРЕТ, третьего дифференциального усилителя и второго интегратора, который поступает на управляющий вход управляемого делителя напряжения фазорасидепителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

тор 6.1, резисторы 6.2, 6.3, конденсатор 6.4, ,резистор 6.5 и светодиод 6.6 резисторной оптопары, резистор 6.7.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал частоты f, от генератора 1 мпульсов поступает на вхо д счетчика 2 (фиг.2), служащего делителем часто- ты и узлом управления работой блока 12 элементов И. Сигнал от счетчика 2 частотой fj поступает на фазорасще- питель 3. Последний вырабатывает два синусоидальных напряжения Uj и Lf, которые усиливаются усилителями 7 и

8и поступают на входы фазовращателя

9в виде двух напряжений U и Од (фиг.2). Эти напряжения должны всегда

иметь одинаковую амплитуду и Лазовый сдвиг 90% т.е. U, U,Ug - 90°. Тогда результаты преобразования перемещений, которые снимаются с выходов блока 12 в виде п-р азрядного.

25

двоичного кода, являются истинными.

30

В этом случае напряжения Ujj и ,, подаваемые на управляющие входы блоков 5 и 6, равны нулю. Импульсные сигналы и, 14- (.2), формируемые с помощью нуль-органов 13 и 14, так расположены на временной оси, что сигналы от элементов 16 и 17 равны друг другу по длительности. Пост.упив на входы дифференциального усилителя 20, они преобразуются в разнополярнзпо

.31

последовательность IJj (фиг.2а), причем длительности каждой ее части равны между собой, т.е. /) dt.

Если амплитуды тех ке частей сигна ла Ujj также равны между собой, т.е. , то с помощью интегратора 22 получают сигнал, равный нулю, т.е. и,у l/ 2i Edi-|Edg О, , где fj, - постоянная интегрирования.

Работа системы коррек1у1И погрешности от неравенства амплитуд напряжений О-у и основана на преобразовании разности и,- сначала в угол сдвига по фазе ц, а затем в напряжение . Для этого в устройство включены блоки 10 и 11, нуль-орган 15, усилитель 11 и интегратор 23.

Благодаря этому преобразованию задача контроля за равенством амплитуд напряжений U и Uj сводится к задаче контроля ортогональности напряжений и и . Поэтому работа оставшейся части данной схемы работает аналогично предыдущей системе и в исходном состоянии имеем U23 0.

Если какое-либо из условий: U Ug и и Uj 90 , - нарушается, то приводится в действие система выделения сигнала ошибки и осуществляется ее коррекция. Пусть возникла неортогональность cf и т Ug - 9.0° О, Тогда с помощью элементов И 18, ЗАПРЕТ 19 получают импульсы, длительность которых пропорциональна углам Т/4 - с и Т/4 + of соответственно (Т - период колебаний напряжений If. и и„). С по 5

мощью интегратора 23 получают напряжение f.

и„ -i EdtJ -|- , (1)

полярность которого отрицательна, а значение пропорционально удвоенному значению ошибки с/. Это напряжение поступает на управляющий вход управляемого фазовращателя 6 и вызывает уменьшение значения а путем увеличения фазы напряжения U. При с/ О получают Urjj О, что вызывает противоположные изменения фазовых соотношений между напряжениями U и Ug.

Аналогично работает система коррек ции погрешности от неравенства амплитуд напряжений tl, и IFg . Пусть в процессе эксплуатации устройства возникла ситуация, когда и i ; Ujm. Тогда фазовый угол между векторами U, меньше 90, следовательно, возникает

524

угол (- ошибки, который равен ii ,, - 90 0. Эта ситуация идентична изображенной на фиг.26. С

помощью нуль-органа 15 и усилителя 11 схем 18 и 19 получают импульсы, пропорциональные по длительности углам Т/4 - д и Т/4 + V соответственно. Дифференциальный усилитель 21 из этих

импульсов формирует разнополярный импульсный сигнал, подобный сигналу Uj, на фиг.2а, который с помощью интегратора 23 преобразуется в напряжение

„ 2Е

23 ----- Н -и

и.

(2)

Его подача на управляемый масштабный преобразователь 5 вызывает увели-

чение амплитуды напряжения U (и U,). При Пд получают напряжение 7 О и характер работы узла 5 противоположный.

Каждая из рассмотренных систем

коррекции погрешностей реагирует только на определенный тип ошибок. Это означает неортогональность напряжений и, и и g, не вызывает появления сигнала на выходе интегратора 23, а

неравенство амплитуд не отражается на работе интегратора 23. Такая развязка достигнута благодаря использованию сумматора 10, дифференциального усилителя II, а также нуль-компаратора 5 и дифференгщального усилителя 21. Она гарантирует возможность одновременной работы обеих систем коррекции.

Развязка цепей управления от цепей передачи сигналов обеспечивается применением в узлах 5 и 6 резистор- ных оптронов. Один из возможных вариантов управляемого делителя напряжения с резисторными оптронами приведен на фиг.З. Вторичная цепь оптрона (фоторезистор 5.2) вместе с постоянным резистором 5.1 образуют регулируемый делитель напряжения. Управление изменением его коэффициента передачи

осуществляется оптическим путем - изменением интенсивности излучения светодиода 5.3 (первичная цепь оптрона). В исходном состоянии (при нулевом сигнале управления, т.е. Ujj

о) благодаря подключению первичной цепи оптрона к источнику напряжения Е и подбору ограничительного резистора 5.4 выбирают оптимальную рабочую точку оптрона. Затем подбором

резистора 5.1 устанавливают требуемую амплитуду напряжения Uj. После такой подготовки данный узел готов к работе. Коэффициент передачи равен К о 1

т к;;7к,гпри О сопротивление фоторезистора 5,2 увеличивается, вследствие чего значение Kj возрастает и наобо- рот. Отсутствие электрической связи между первичной и вторичной цепями оптрона (цепями управления и передачи сигналов) обеспечивает наименьший уровень помех в устройстве и также способствует повьшению его точности благодаря улучшению стабильности показаний,

В схеме управляемого фазовращателя 6 (фиг,4) фоторезистор 6,5 вместе с постоянными резисторами 6,2, 6,3 и конденсатором 6,4, образует мостовую схему, диагональ питания которой подключена к вторичной обмотке согласующего трансформатора 6,1, а измери- тельная диагрналь мостовой схемы служит выходом. Коэффициент передачи

при R

(,. 1

R

t.,

имеет

А. 4

I.

- 2(xi: Ri7T

.ll2iX

Rt.f

X,,4 R

fe. 5

Из этого следует, что при имеем мнимый коэффициент передачи, что соответствует фазовому сдвигу 90°, При 7 X ( (которое соответ Ч

что

ствует случаю U 22 О) имеем arg 90° и наоборот.

Из выражений (1) и (2) видно, узлы формирования сигналов ошибок от неортогональности и от неравенства амплитуд напряжений питания датчика 9 всегда имеют в 2 раза большую чувствительность (пропорциональны удвоенному значению ошибки о/ или ( )., так как реализуют дифференциальный метод сравнения. Это гарантирует дополнительное уменьшение статических

ошибок .(зон чувствительности) систем автоматической коррекции погрешностей по сравнению с известным устройством,

Формулаизобретения

1. Преобразователь перемещения в код, содержащий генератор импульсов, выход которого подключен к входу счетчика, выход которог о подключен к входу фазорасщепителя, выходы которо

ю 15 202Ь

40

ВО

55

ГО подключены к входам соответствующих усилителей, выходы которых подключены к входам фазовращателя, выход которого подключен к управляющему входу блока элементов Н, информационные входы которого соединены с группой выходов счетчика, а выходы являются выходами преобразователя, выходы усилителей подключены к входам первого и второго нуль-компараторов соответственно, первьп дифференциальный уси- литет(ь, отличающийся тем что, с целью повьппения точности преобразователя, в него введены два элемента И, два элемента ЗАПРЕТ, сумматор, второй и третий дифференциальные усилители, два интегратора, третий нуль-компаратор, а фазорасще- питель выполнен в виде фильтра, вход которого является входом фазорасщепителя, а выход соединен с информационными входами управляемого делителя напряжения и управляемого фазовращателя, выходы которых являются выходами фазорасщепителя, выход первого нуль-компаратора соединен с первым входом первого элемента И и информационным входом первого элемента ЗА- ПРЕТ, выход второго нуль-компаратора соединен с вторым входом первого элемента И и входом запрета первого элемента ЗАПРЕТ, выходы первого элемента И и первого элемента ЗАПРЕТ подключены к иньертирующему и неинвертирующему входам первого дифференциального усилителя соответственно , выход которого через перв,1й интегратор подключен к управляющему входу управляемого фазовращателя фазорасщепителя,выходы усилителей подключены к входам сумматора, выход которого через третий нуль- компаратор соединен с первым входом второго элемента И и информационным входом второго элемента ЗАПРЕТ, выходы усилителей подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам )зторого дифференциального усилителя соответственно, выход которого под- - ключен к второму выходу второго элемента И и входу запрета второго элемента ЗАПРЕТ, выходы второго элемента .И и второго элемента ЗАПРЕТ подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам третьего дифференциального усилителя, выход которого подключен через второй интегратор к управляющему входу управляемого делителя напряжения фазорасщепителя.

71

2. Преобразователь по п.1, о т - ли чающийся тем, что управляемый делитель напряжения содержит два резистора и резисторную оптопа- ру, один вывод первого резистора является информационным входом управляемого делителя, а другой его вывод является выходом управляемого делите ля напряжения и подключен к одному выводу резистора оптопары, другой вывод которого соединен с общей шиной, анод светодиода резисторной оптопары является управляющим входом управляемого делителя .напряжения, а катод его подключен к одному выводу второго резистора, другой вывод которого подключен к шине отрицательного потенциала.

3. Преобразователь по п.1, о т - отличающийся тем, что управляемый фазовращатель содержит

а

526528

согласующий трансформа.тор, три резистора, конденсатор и резисторную опто- пару, вход согласующего трансформатора является информационным входом управляемого фазовращателя, выходы согласующего трансформатора подключены к одним выводам первого и второго резисторов, другие выводы кото1Q рых объединены и соединены с общей шиной, одни выводы первого и второго резисторов подключены к одним выводам конденсатора и резистора резисторной оптопары, другие выводы кото15 рьк объединены и являются выходом управляемого фазовращателя, анод светодиода резисторной оптопары является управляю1цим входом управляемого . фазовращателя, а его катод соединен

2Q с одним выводом третьего резистора, другой вывод которого соединен с шиной отрицательного потенциала.

фиг. 2

un

фиг.З

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения линейных или угловых перемещений. Целью изобретения является повьппение точности преобразователя. Для достижения поставленной цели в преобразователь, содержащий генератор 1 импульсов, счетчик 2, фазорасщепитель 3, первый и второй усилители 7,8, фазовращатель 9, блок 12 элементов И, нуль-компараторы 13 и 14, дифференциальный усилитель, введены сумматор 10, второй и третий дифференциальные усилители 20,21, третий нуль-компаратор 15, два элемента И 16,18, два элемента ЗАПРЕТ 17,19, два интегратора 22,23, а фазорасщепитель содержит 4мльтр, управляемый фазовращатель. Импульсы генератора импульсов сл со СП ю О5 сл. N5 фиг./

U

т-1Л/

(pue.

Составитель М.Сидорова Редактор Н.Горват Техред А.Кравчук Корректор И.Муска

5577/57

Тираж 900Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул,Проектная,4