Преобразователь угол-код Советский патент 1989 года по МПК H03M1/26 

I

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано в устройствах автоматики для преобразования угловых и линейных перемещений в цифровой код и является усовершенствованием преобразователя по авт.св. № 580573.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности преобразования.

На фиг. 1 показана конструкция кодового диска, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - схема преобразователя; на фиг.4 - графики зависимостей уровней выходных сигналов считывающего элемента и выходного напряжения разрядного канала от угла поворота контролируемого вала о

Преобразователь угол - код содержит кодовый диск 1s выполненный из электроизоляционного материала 2 с двухсторонним металлизированным покрытием 3 (на фиг. 1 показана одно- дорожечная конструкция кодового диска 1), дорожки 4 кодового диска 1 заполнены магнитопроводящим (например, магнитомягким) материалом, радиальные пазы 5, входной вал 6, опросный элемент 7, считывающий элемент 8, входную 9 и выходную 10 обмотки, разрядный канал 11 формирования кода, выполненный в виде переключателя 12, устройство 13 выборки-хранения (УВХ), функциональный преобразователь 14 напряжения, усилитель 15, элемент 16 задержки, элемент И 17, компаратор 18, формирователь 19 импульсов, элемен&

00 4 Ј

14)

ты И 20 и 21, триггер 22, выход 23, шину 24, токозадающий элемент 25, выполненный на резисторе, генератор 26 импульсов, источник 27 опорного напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходные импульсы элемента 16 задержки выдаются с запаздыванием от- носительно времени поступления по шине 24 выходных импульсов генератора 26. Величина йЈ данного запаздывания выбирается соответствующей времени, которое необходимо для изменения ком- мутационного состояния переключателя 12, что позволяет исключить неоднозначность выборки входного напряжения УВХ 13. Длительности выходных импульсов генератора 26 и элемента 16 за- держки одинаковы.

До воздействия очередного выходного импульса элемента 16 задержки на управляющий вход переключателя 12 входная обмотка 9 через резистор 25 электрически связана с первым выходом источника 27« По каждому из своих выходов источник 27 выдает постоянные однополярные напряжения. Резистор 25 я входная обмотка 9 образуют делитель подключенный к первому выходу источника 27, так что к выводам входной обмотки 9 прикладывается постоянное напряжение

и, - , гЬ (1)

где U27- напряжение, выдаваемое с

первого выхода источника 27; . г - активное сопротивление,входной обмотки 9; R - активное сопротивление резистора 25.

В интервале времени, соответствующем длительности Ј выходного им- пульса элемента 16 задержки, переключатель 12 изменяет свое коммутационное состояние, в результате чего оба вывода входной обмотки 9 оказываются подключенными к общей шине преобразователя, т.е. входная.обмотка 9 вводится в режим короткого замыкания, Следовательно, в течение времени Ъ на входную обмотку 9 воздействует перепад напряжения; от уровня U, до нулевого уровня.

Таким образом, при периодическом поступлении на управляющий вход пере ключателя 12 выходных импульсов эле

g 5 0

о

5

0

0

мента 16 задержки, представляющих собой задержанные на заданное время выходные сигналы генератора 26, во входной обмотке формируются импульсы опроса длительности Ј; полярности этих импульсов и напряжения U1T противоположны.

Совокупность, во-первых, входной обмотки 9 на магнитопроводе опросного элемента 7, а также выходной обмотки 10 на магнитопроводе считывающего элемента 8 и, во-вторых, участка кодового диска 1, входящего в зазор между торцами магнитопроводов опросного 7 и считывающего 8 элементов, образует регулируемый за счет углового положения Ц кодового диска 1 трансформатор. Полярность импульсных сигналов, снимаемых с выходной обмотки lOj, уровень (максимальное значение) которых обозначают через V(0 , определяется ориентированием направления намотки ее витков, которые в преобразователе обеспечивают положительную полярность сигналов, формируемых в выходной обмотке 10 в течение интервала V действия выходного импульса элемента 16 задержки.

Рассмотрим режим работы предлагаемого преобразователя при нормальной температуре среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы.

Магнитная цепь входной обмотки 9 состоит из участков магнитопровода опросного элемента 7, воздушных зазоров между торцами магнитопровода опросного элемента 7 и кодовым диском 1, участков кодового диска 1, зазоров между кодовым диском 1 и торцами магнитопровода считывающего элемента 8, а также из участков магнитопровода считывающего элемента 8.

Исходное положение кодового диска 1 (фиг. 1 и 2) соответствует его угловой координате (f 0. В данном положении кодового диска 1 зазоры между противолежащими торцами- магнитопроводов опросного 7 и считывающего 8 элементов перекрываются лишь электроизоляционным основанием 2 (), относительная магнитная проницаемость которого практически равна единице (т.е. значению воздушной относительной магнитной проницаемости), а наличие радиальных пазов 5 устраняет возможность образования короткоэамкну- тьк витков, охватывающих путь распространения по магнитной цепи входной

обмотки 9 от опросного элемента 7 к считывающему элементу 8 рабочего магнитного потока, созданного в результате формирования импульса опроса. В рассмотренном исходном положении кодового диска 1 и при нормальной температуре окружающей среды уровень V 0 сигнала, наводимого в выходной обмотке 10 рабочим потоком магнитной цепи входной обмотки 9, равен значению V0 (фиг. 4, точка пересечения оси ординат V,0 сплошной кривой графика периодической функции V,0(cp)).

Если кодовый диск 1 поворачивается в направлении возрастания величины q (против часовой стрелки, фиг о 1), но угловое перемещение не превышает значения кванта q, т.е. .4, то зазоры между противолежащими торцами магнитопровсдов опросного 7 и считывающего 8 элементов заполняются мягнитопроводящим материалом 4. Поэтому магнитное сопротивление цепи входной обмотки 9 уменьшается, и значение уровня V10 сигнала, наводимого в выходной обмотке 10, возрастает сравнительно со значением U0 (фиг„ 4): V10 V0, если 0 - Xf q.

Значение постоянного напряжения на втором выходе источника 27 составляет именно V0 и поэтому при 0 - if q выходные импульсы-сигналы усилителя 15 (фиг, 3), который при нормальном температурном режиме не изменяет их уровня, сравнительно с уровнем сигналов, наводимых в выходной обмотке 10, поступая на первый вход компаратора

5

0

нему фронту выходного сигнала перво-- го элемента И 17, создает короткий импульс опроса состояния компаратора 180 Задержка, вносимая в выдачу выходного импупьса формирователя 19 при прохождении сигнала с выхода усилителя 15 через элемент И 17, относит начало опроса состояний выход од; компаратора 18 на момент, когда возможные переходные процессы, вызываемые в схеме компаратора 18 воздействием на его первый вход выходного импульса усилителя 15, оказываются заведомо завершенными, т.е. параметры первого элемента И 17, компаратора 18 и формирователя 19 выбираются такими, чтобы задержка в выдаче формирователем 19 импульса опроса состояния компаратора 18 оказалась не

выходных состояний компаратора 18 прь одновременном воздействии на первые входы первого элемента И 17 и компаратора 18 выходного импульса усилителя 15. Краткость длительности выходного импульса формирователя 19 означает то, что задний фрснт импульса положительной полярности, снимаемого

с прямого выхода компаратора 18

(и соответственно задний ронт перепада напряжения с высокого на низкий уровень на инверсном выходе компаратора 18), отстает во времени от заднего фронта выходного импульса формирователя 19, т.е. с помощью выходного импульса формирователя 19 состояния выходов компаратора 18 опрашиваются именно во время действия на пер

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики для преобразования угловых и линейных перемещений в цифровой код.Целью изобретения является повышение чувствительности и точности преобразования угла. Для этого в преобразователь угол-код по а.с.N.580573 введены генератор импульсов, источник опорного напряжения, N разрядных каналов формирования кода, а возле боковых кромок участков магнитопроводящего материала кодового диска в металлизированном покрытии выполнены радиальные прорези. Поставленная цель достигается за счет того, что на кодовом диске есть три зоны магнитной проницаемости, по величине которой разрядный канал формирования кода обеспечивает точное формирование границ квантов. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

18, вызывают появление импульсов по.т 4о вый вход компаратора 18 выходного импульса усилителя 15.

ложительнои цолярности на прямом выходе компаратора 18.

Двухвходовый элемент И 17, выполняющий функцию элемента задержки, пропускает на вход формирователя 19 любой выходной импульс усилителя 15, так как, во-первых, на втором вход первого элемента И 17 подано напряжение U0, превосходящее уровень логической единицы, соответствующий элементам И 17, 20 и 21 и компаратору 18, а, во-вторых, параметры регулируемого трансформатора с входной 9 и выходной 10 обмотками и усилителя 1-5 выбраны такими, что даже мини- 5g генератора 26 обусловливает повторе-

мальный уровень Vw WWH Vw (1,5q) превосходит по значению уровень логической единицы элемента И 17. Формирователь 19, запускаемый по передние описанного цикла преобразования во времени, аналогично которому происходит формирование выходной информации при угловых положениях кодового

вый вход компаратора 18 выходного импульса усилителя 15.

Таким образом, стробируемый импульсом положительной полярности, снимаемым с выхода компаратора 18, выходной импульс формирователя 19 проходит через элемент И 20 и устанавливает триггер 22 в единичное со- состояние либо подтверждает уже до- стигнутое ранее единичное состояние триггера 22, и с выхода 23 выдается постоянное напряжение высокого (единичного) уровня.

Выдача нового выходного импульса в

ние описанного цикла преобразования во времени, аналогично которому происходит формирование выходной информации при угловых положениях кодового

10

диска 1 2q tf 3q; 4q -Јq 5q

И Т.Д. I

Таким образом, напряжение высокого уровня на выходе 23 разрядного канала 11 формируется при (2т + + Dq, где m - целое число или нуль, причем, если величина кванта выражается в радианах, границы изменения m определяются неравенствами 0 m Ј

Wq) - 1.

Когда вал 6 занимает угловое положение q q1 2q, противолежащие торцы опросного 7 и считывающего 8 элементов разделяются двухслойным металлизированным покрытием 3, которое экранирует прохождение к считывающему элементу магнитного потока, создаваемого в магнитной цепи входной обмотки 9 при формировании описанным образом импульса опроса; эффект экранирования возникает за счет появления в слоях металлизированного покрытия 3 вихревых токов, замыкающихся вокруг пути прохождения рабочего магнитного потока через кодовый диск 1 и оказывающих на цепь входной обмотки 9 размагничивающее действие.

8

Аналогично указанному формируются нулевые значения кода угловых перемещений вала 6 на участках 3q cp 4q; г 5q Cp Ј 6q и ТоД., т0е. выдача разрядным каналом 11 напряжения низкого уровня, соответствующего логическому нулю, производится при любом угловом положении (2m+1) 2(tn+1)q вала 6.

Дальнейшее рассмотрение работы преобразователя производят, полагая, что температура 8 среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы, уже не поддерживается нормальной, а, напротив, может изменяться.

В промежутках между выдачей импульсов с выхода элемента 16 задержки на управляющий вход переключателя 12 воздействует напряжение низкого (нулевого) уровня, чему соответствует такое состояние переключателя 12, при котором с первого выхода источника 27 к последовательно соединенным резистору 25 и входной обмотке 9 прикладывается постоянное напряжение

15

20

25

U . Активное сопротивление R резистора 25 термостабилизировано и функ- ,циональную зависимость напряжения от температуры согласно выражению (1) Поэтому уровень (максимальное зна- 30 определяют лишь температурные изме- чение) импульсного сигнала, наводи- нения активного сопротивления вход- мого при угловом положении q cp Ј 2q ной обмотки кодового диска 1 в выходной обмотке г г0 1 +ed (б -б„) , 10 и при нормальном тепловом режиме гдевч- нормальная температура (при- и повторяемого усилителем 15, не пре-,нимают 0„ );

вышает порогового уровня VQ постоянного напряжения, воздействующего с второго выхода источника 27 на второй вход компаратора 18 (фиг. 3 и 4): V10 . V0 . При таком соотношении уров-до

г - активное сопротивление входной обмотки 9 при нормальной температуре; об - температурный коэффициент

сопротивления материала обмо- ней сигналов, поступающих на входыточного провода,

компаратора 18, во время действия вы- Итак, при отсутствии импульсов ходного импульса усилителя 15 с пря- напряжения на выходе элемента 16 за- мого выхода компаратора 18 снимается дерхки на вход УВХ 13 подается напря- напряжение низкого (нулевого), а с де жение U., уровень которого зависит инверсного выхода компаратора 18 -

50

напряжение высокого (единичного) уровня. Следовательно, выходной импульс формирователя 19 проходит в этом случае через элемент И 21, устанавливает триггер 22 в нулевое состояние либо подтверждает наличие у триггера 22 нулевого состояния, если оно было достигнуто ранее, и участку угловых перемещений вала 6 q Cf 2q COOT- „ ветствует выдача низкого (соответствующего логическому нулю) уровня напряжения с выхода 23 разрядного канала 11.

от колебаний температуры Q среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы. Во время его поступления ; по шине 24 на управляющий вход УВХ 13 производит выборку и запоминание своего входного напряжения, т.е. уровень выходного напряжения U( УВХ 13 становится равным величине U9 . i

Функциональный -преобразователь 14 является специализированным, т„е0 воспроизводит функцию одного вида:.

к ( ikl - -п V х ;

44.

8

Аналогично указанному формируются нулевые значения кода угловых перемещений вала 6 на участках 3q cp 4q; 5q Cp Ј 6q и ТоД., т0е. выдача разрядным каналом 11 напряжения низкого уровня, соответствующего логическому нулю, производится при любом угловом положении (2m+1) 2(tn+1)q вала 6.

Дальнейшее рассмотрение работы преобразователя производят, полагая, что температура 8 среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы, уже не поддерживается нормальной, а, напротив, может изменяться.

В промежутках между выдачей импульсов с выхода элемента 16 задержки на управляющий вход переключателя 12 воздействует напряжение низкого (нулевого) уровня, чему соответствует такое состояние переключателя 12, при котором с первого выхода источника 27 к последовательно соединенным резистору 25 и входной обмотке 9 прикладывается постоянное напряжение

5

0

5

ивное сопротивлени термостабилизирова ую зависимость нап уры согласно выраж ют лишь температур тивного сопротивле тки 0 1 +ed (б -б„) , нормальная темпера

нимают 0„ );

Итак, при отсутствии импульсов напряжения на выходе элемента 16 за- дерхки на вход УВХ 13 подается напря- жение U., уровень которого зависит

от колебаний температуры Q среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы. Во время его поступления ; по шине 24 на управляющий вход УВХ 13 производит выборку и запоминание своего входного напряжения, т.е. уровень выходного напряжения U( УВХ 13 становится равным величине U9 . i

Функциональный -преобразователь 14 является специализированным, т„е0 воспроизводит функцию одного вида:.

к ( ikl - -п V х ;

выходное напряжение функционального преобразователя 14; - масштабный коэффипи- ент, определяемый параметрами функционального преобразователя 14 и имеющий размерность напряжения.

выражение (1), преобра

,,r . ro 1 +

,

т.е., величина выходного напряжения функционального преобразоьателя 14 пропорциональна температуре среды выносного механического узла преобразователя.

Воздействие напряжения U на управляющий вход усилителя 15 корректирует значение коэффициента усиления, стабилизируя тем самым уровень V(0 Vo границы смены значений выходного кода разрядного канала 11 (фиг. 4) в условиях колебаний температуры 0 .

Таким образом, при угловых перемещениях вала 6 на выходе 23 формируется напряжение U2,, уровень которого на участках 2mq - с/ (2m+f)q соответствует логической единице, а на -участках (2m+1)q Cf Ј 2(m+1)q - логическому нулю. т0е. с выхода 23 разрядного канала 11 снимается одноразрядный код угловых перемещений вала 6. ,

При необходимости получения п-раз рядного кода угловых положений вала 6 (п - целое, больше единицы) на кодовый диск 1 наносится маска (например маска кода Грея), содержащая п дорожек, каждая из которых по совокупности своих конструктивных признаков полностью аналогична дорожке 4 кодового диска 1о Возле этих дорожек 4 (фиг. 1 и 2) располагается п пар опросный элемент 7 - считывающий элемент 8, причем входная 9 и выходная

10обмотки каждой i-й (1 i п) пары опросный элемент 7 - считывающий элемент 8 включаются в схему соответствующего им 1-го разрядного канала

11формирования кода; структура и принцип действия каждого из п таких разрядных каналов 11 полностью аналогичны структуре и принципу действи

разрядного канала 11 (фиг. 3), При этом генератор 26 и источник 27 являются общими для всех п разрядных каналов 11 данной многоразрядной модификации предлагаемого преобразователя, выходной код угла поворота контролируемого вала которой представляет собой совокупность состо-

яний прямых выходов п триггеров 22. Другая модификация предлагаемого преобразователя генератора 26 импульсов не требует (а во всем остальном она полностью идентична предлагаемо5 му преобразователю): опросные импульсы на вход элемента 16 задержки и управляющий вход УВХ 13 поступают по шкне 24 от генератора импульсов, относящегося к другим устройствам той

о управляющей или измерительной системы, в состав которой входит данная модификация предлагаемого преобразователя, например к управляющей вычис-

.лительной машине.

25

Формула изобретения

1 „ Преобразователь угол - код по авт. ев, Р 580573,.о т л и ч а ю0 Щ и и с я тем, что, с це-.ью повышения чувствительности и точности преобразователя, в него введены генератор импульсов, источник опорного напряжения, N разрядных каналов формирования кода, где N - количество разрядов преобразователя, возле боковых кромок участков магнитопроводя-. щего материала кодового диска в металлизированном покрытии выполнены

0 радиальные пазы, выход генератора чмпульсов соединен с первыми входами, з выходы источника опорного напряжения соединены с вторыми и третьими входами разрядных каналов формирова- ния кода, входы опросных, элементов соединены с выходами опроса, выходы считывающих элементов соединены с информационными входами соответствующих разрядных каналов формирования кода, а выходы разрядных каналов яв0

5

ляются выходами преобразователя.

с управляющим входом усилителя,, сигнальный вход которого является информационным входом разрядного канала, а выход соединен с первым входом компаратора и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом компаратора и является третьим входом разрядного

канала, выход первого элемента И соединен через формирователь импульсов с первыми входами второго и третьего элементов И, первый и второй выходы чомпаратора соединены с вторыми вхо5 дами соответственно второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с входами триггера, выход которого является выходом разрядного канала.

А-Л

Фие.2

о

2$4#

ФиеЛ

фие.З

L