Преобразователь угловых перемещений Советский патент 1990 года по МПК G01B7/30 

ЈЛ Јь

М Э

1C 0

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров движения и управления подвижными объектами. С целью повышения точности и расширения функциональных возможностей в преобразователь, содержащий ось, неподвижный диск, подвижный диск, ферромагнитные выступы, обмотки 36 - 40 считывания точного отсчета, обмотки 42 - 46 возбуждения точного отсчета и опорный источник 48, введены блок 17 детекторов, блок 18 пороговых элементов, арифметический блок 19 грубого отсчета, шина 20 нулевого потенциала, блок 21 детекторов, блок 22 пороговых элементов, арифметический блок 23 точного отсчета, кроме того, в преобразователи введены коммутатор 24, аналого-цифровой преобразователь 25, регистр 26, компаратор 27, блок 28 выборки и хранения, инвертор 29, формирователи 30, 31, блок 32 выборки и хранения, вычитатель 33, блок 34 задержки, блок 35 выборки и хранения, обмотка 41 считывания грубого отсчета и обмотка 47 возбуждения грубого отсчета. Дискретизация блоками 28, 32 и 35 выборки и хранения амплитудных уровней выходного напряжения считывания, а также формирование разности смежных результатов дискретизации обеспечивают получение на выходе регистра 26 кода угловой скорости подвижного объекта. 4 ил.

фигЛ

3154

выступы, обмотки 36 - 40 считывания точного отсчета, обмотки 42 - 46 воз-( буждения точного отсчета и опорный источник 48, введены блок 17 детек- торов, блок 18 пороговых элементов, арифметический блок 19 грубого отсчета, шина 20 нулевого потенциала, блок 21 детекторов, блок 22 пороговых элементов, арифметический блок 23 точного отсчета. Кроме того, в преобразователь введены коммутатор 24, аналого-цифровой преобразователь 25, регистр 26, компаратор 27, блок 2В

20

30

35

Изобретение относится к контрольо-измерительной технике и может бьпч спользовано для измерения параметров вижения и управления подвижными объктами.

Цель изобретения - повышение точости и расширение функциональных воз-25 ожностей преобразователя за счет реобразования также и скорости переещений.

На фиг. 1,2 и 3 изображена конструкция датчика преобразователя соответственно разрезыА-А,Б-Б,В-В; на фиг.4 -блок-схема преобразователя, Преобразователь угловых перемещений содержит ось 1, неподвижный диск 2, подвижный диск 3, ферромагнитные выступы 4 - 16, блок 17 детекторов, блок 18 пороговых элементов, арифметический блок 19 грубого отсчета, шину 20 нулевого потенциала, блок 21 детекторов, блок 22 пороговых элемен- 40 тов, арифметический блок 23 точного отсчета, коммутатор 24, аналого-цифровой преобразователь 25, регистр 26, компаратор 27, блок 28 выборки и хранения, инвертор 29, формирова- 45 тели 30, 31, блок 32 выборки и хрз- нения, вычитатель 33, блок 34 задержки, блок 35 выборки и хранения, обмотки 36,37 - 40 считывания точного отсчета, обмотку 41 считывания грубо-50 го отсчета, обмотки возбуждения 42, 43 - 46 точного отсчета, обмотку 47 возбуждения грубого отсчета, опорный источник 48.

Обмотки 36,37 - 40 расположены на ферромагнитных выступах соответственно 8,9-12, обмотки 42,43-46 расположены на ферромагнитных выступах соответственно 15,4,5,6,7, обмотки 41

55

выборки и хранения, инвертор 29, формирователь 30,31, блок 32 выборки и хранения, вычитатель 33, блок 34 задержки, блок 35 выборки и хранения, обмотка 41 считывания грубого отсчета и обмотка 47 возбуждения грубого отсчета. Дискретизация блоками 28,32 и 35 выборки и хранения амплитудных уровней выходного напряжения считывания, а также формирование разнос-| |ти смежных результатов дискретизации обеспечивают получение на выходе регистра 26 кода угловой скорости по- v движного объекта. 4 ил.

0

0

5

5

0 5 0

5

и 47 расположены на ферромагнитных выступах соответственно 13 и 14.

Обмотки 42,43 - 46 возбуждения и обмотки 36,37 - 40 считывания точного отсчета располагаются симметрично по диаметру относительно оси 1 вращения, причем порядок чередования выступов с обмотками возбуждения и считывания сохраняется вдоль координат : угловых перемещений для всех пар выступов и катушек возбуждения 41 и считывания 47 грубого отсчета. Для определенности ферромагнитный диск 2 показан с двумя дорожками канала грубого отсчета и с пятью дорожками канала точного отсчета. Ферромагнитный диск 2 условно разбит на восемь секторов. Для наглядности обмотки 41,42, 43 - 46 возбуждения и обмотки 36,37 - 40 считывания на фиг. 2 показаны условно только в одном секторе и в описании рассматриваются работа и физические процессы преобразователя только в одном из восьми секто-ров.

На подвижном диске 3 закреплен ферромагнитный выступ 16 в виде сектора, состоящий из двух частей, соединенных между собой, и перекрывающий длину обмоток 41,42,43 - 46 возбуждения и обмоток 36,37 - 40 считывания, а также расстояние между парными выступами вдоль координаты угловых перемещений.

Преобразователь угловых перемещений работает следующим образом.

При перемещении оси 1 с закрепленным на ней подвижным диском 3 и ферромагнитным выступом 4, перемещающимся над ферромагнитными выступами 5,6- 16 с закрепленными на них обмотками 41,42 - 46 возбуждения и обмотками 36,

3/ - 40 считывания, папчдимые в обмотках 36, 37 - 40 считывания сигналы поступают на входы арифметических блоков 19 и 23.

В обмотках 36,37 - 40 считывания индуцируется , величина которой находится в определенной зависимости от величины зазора.

Поэтому, когда ферромагнитный выступ 1Ь, находящийся на диске 3, в процессе перемещения объекта будет перекрывать длину обмоток возбуждения 42,43 - 4Ь и обмоток 36,37 - 40, а таже расстояние между парными выступами 13,14 вдоль координаты угловых перемещений, одновременно перекрывая обмотки возбуждения 41 и считывания 47 канала грубого отсчета, расположенных в радиальном направлении, магнитное сопротивление этих участков будет минимальным. Так как величина ЭДС, наведенная в обмотках 36,37 - 41 считывания, пропорциональна проводимости соответствующих участков магнитной цепи преобразователя с изменением проводимости, которая в свою очередь будет пропорциональна площади участков повышенной проводимости ЭДС, наведенная в обмотках 36,37 - 41 считывания, также будет изменяться.

Повороты подвижного диска 3 с выступом 16 сопровождаются соответствующим угловым перемещением участков повышенной магнитной проводимости торцовых зазоров парных выступов диска 2, т.е. сменой одних обмоток считывания с высаким уровнем выходных сигналов другими. Максимумы уровней выходных напряжений смежных по угловой координате обмоток 36,37 - 40 считывания являются сдвинутыми друг относительно друга на угловой шаг ДЦ нанесения парных выступов вдоль координаты С|.

Выходные сигналы обмоток 36,37 - 41 считывания выпрямляются блоками 17

пределах которого находится выступ 16. Двоичная информация п тс с точ ностью до &СР соответствует гловой координате нижней границы сектора на21 детекторов, затем на выходах блоков 18,22 пороговых элементов форми- JQ хождения выступа 16. Значения разрядов руются двоичные кодовые комбинации кодовой комбинации UT также сдвигают(совокупности выходных состояний блоков пороговых элементов) соответственно Qr и QT, вводимые в арифметические блоки 19,23.

Поскольку выступ 16 не может одновременно в максимальной степени перекрывать торцовые зазоры более чем одной из пар выступов диска 2 на дорож55

ся вправо до тех пор, пока в получаемом таким образом коде единица не займет положение младшего разряда. Число пг сдвигов кодовой комбинации Ц,т подсчитывается арифметическим блоком 23, который затем формирует двоичную информацию Nr(nT+1) об угловом положении выступа 16 внутри сектора

0

ках соответственно грубого и точного отсчета, то выходные кодовые комбинации блоков 18,22 пороговых элментов содержат лишь по одной лог.1, соответствующей высокому уровню выходного напряжения пороговых элементов блоков 18,22. Остальные разряды кодовых комбинаций Qr,QT имеют нулевые значения, соответствующие низкому уровню выходных напряжений. Для углового положения подвижного диска 3 (фиг. 2), единица занимает младший разряд каждой из кодовых комбинаций

5 4r,QrОбщее количество цифровых (двоичных) представлений образуемо простым соединением кодовых слов О г и Чт совместной кодовой комбинации Qf,Л, соответствующих числу (360 /йЦ) обмоток точного отсчета (ficp- измеряется в градусах), равно произведению числа секторов грубого отсчета и числа пгс обмоток считывания точного от5 счета в каждом из таких секторов, для рассматриваемой реализации предлагаемого устройства такое количество цифровых представлений совместной кодоГ 1

вой комбинации |Uг,От(составляет

что соответствует дискретнос0

0

,

ти преобразования угловых перемещений ,5° .

Цифровая обработка кодовых комбинаций Qr,QT производится арифмет; ческими блоками 19,23. Значения разрядов кодовой комбинации сдвигаются вправо до тех пор, пока единственная присутствующая в ней единица не займет положения младшего разряда. Число пр сдвигов кодовой комбинации Qr, подсчитываемое арифметическим блоком 19, соответствует числу секторов грубого отсчета, находящихся между началом отсчета угловых перемещений(

и тем сектором грубого отсчета, в

пределах которого находится выступ 16. Двоичная информация п тс с точ ностью до &СР соответствует гловой координате нижней границы сектора нахождения выступа 16. Значения разрядов кодовой комбинации UT также сдвигают

ся вправо до тех пор, пока в получаемом таким образом коде единица не займет положение младшего разряда. Число пг сдвигов кодовой комбинации Ц,т подсчитывается арифметическим блоком 23, который затем формирует двоичную информацию Nr(nT+1) об угловом положении выступа 16 внутри сектора

715

поверхности диска 2, т.е. о внутрисек торной координате выступа 16. Сумма (Nr+Nr) представляет собой двоичный эквивалент-код угловой координаты выступа 1Ь.

Формирование выходной информации об угловой скорости подвижного диска 3 для определенности рассмотрим, начиная с принимаемого за нулевой мо- мент врем ни L---0, когда выступ 16, переменки ь по часовой стрелке, проходит положение, в котором он изображен на фиг. 2,

Кодовая комбинация QT с пыхода бло ка 22 пороговых элементов воздействует на управляющий пход коммутатора 24, сгят и lU i To со сьопм выходом ч у из обмо ог Зо,37 - 40 iчнтыпяння, возле iiii. po t a.vv inrH ныступ 1Ъ,

ДЛИ ПОЛ .nx-lt.Ih JJuiC . lict 1о (фНГ. 2) это o(jMOi a JO cmiiLiuJHIIF . Выхолнои cnriiaJi Ь л. даш.оь ou.K i Kii чер. з KOMMV- татор 2ч t-o диИ1 i u л на вход компаратора 27 , Опока 28 выборки н хрпне- ния,

дчтся в

пряжыше -.a eiO ui. ром Б. rpebuiinaет нулевое jHc jfhue.

Ilocivaai На праВ /якП ПШ ьход блока 2У ы-шор .н и лi ч(епш, ьы.чодпоя ам пульс фир.-пф 1:-д1- лл 30 обесречиилет выборку ьачрллх н., достигающего своего амшшi ii.iioi o значения, при этом

28 - ыОорки н х{ пнеJaKAt .IHUcp iOpa 2У.

N И гь:,,од inapuiopa 27 iidxo- диничьом состоянии, t CJIH на

на выходе ojioua 28 г. лОоргн н хранения yCTaiiabjiiu t. напряжение.

ФирМ|1риг а iojiu J1 запускает гч но воздеис 1Ш1ю c.ri по вход noJM/KH rejib- пого фронта синила 19-,, ;юjrynawme- го с ininupciioro пыхода компаратора 27 в момс-н i ч чрс 3 .iioc значение BcJiiUbLiLi U,v на участке te убывания в пределах периода- Дчпгечьности задержек вмдачн выходных сигналов

U30,U,., соогоетственно формировате- JICH 30 и 31 одинаков1, поэтому на выходе блока 32 выборки и хранения устанавливаемся напряжение ъ ; U.

Таким обратом, на вихода-х олоков 28,32 BbiijopKii и храпения формируются напряжения почожнтельной попярности, изменен:ит jровней которых по величине пролорцполальны прпращентм угло- BOI I координаты Ц1, а р ность Ь у Ь J -дслчемая па выходе пычи- тателя 33, пропорциональнл угпоио скоросп ( -iq/dr ) выступа 1 и .г кого диска 3, Поскольку рсз гът1Т ре

8

алпзацин операции вычитания должен обеспечить однозначное соответствие описанного порядка следования операций дискретизации сигналов U,U изменению угловой координаты, необходимо пользоваться выходной информацией вычитателя 33 только в промежутках времени от момента дискретизации Li.

Такая однозначность соответствия величин U 33 и преобразуемой угловой скорости подвижного диска 3 обеспечивается тем, что напряжение Кэз фиксируется блоком 35 выборки-хранения по выходному импульсу блока 34, поступающему с задержкой во времени

п погшельно момента дискретизации сигнала 1 . Выходное напряжение ип ,. а 35 выиоркп-хранения псч ;упает на вход аналого-цифрового ч|)С ограчивателя 25, где преобразуется двоичный код углоьоп скорости

(.иЦ /Jt), ianocHMbin в регистр 26.

о р м л а изобретения

1 разоваiель угловых перемеще- ibii i. о,чд рлашш подвижный диск с ось

0

5

0

5

0

5

1К-1ЮДИИЖНЫИ диск, ферромагнитные выступы, дополнительный ферромагнитный зыступ, обмотки возбуждения точного orrtiL ia, обмогки считывания точного отсчета, первый блок детекторов, первый блок пороговых элементов и опорный источник, подвижный и неподвижный /теки расположены соосно, обмогки возбуждения точного отсчета и обмотки считывания точного отсчета расположены на ферромагнитных выступах, которые размещены на поверхности неподвижного диска, обращенной к поверхности подвижного диска, на которой размещен дополнительный ферромагнитный выступ, первый вывод опорного источника через последовательно соединенные обмотки возбуждения точного отсчета подключен к второму выводу опорного источника, обмотки считывания точного отсчета соединены последовательно, а их выводы подключены к входам первого бпока детекторов, выходы которого подключены к входам первого блока пороговых элементов, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет преобразования также и скорости перемещений, оч снабжен вторым блоком детекторов, арифметическим блоком точного отсчета, арифметическим блоком грубого отсчета, регистром кода скорости, компаратором, инвертором, двумя формирователями, тремя блоками выборки и хранения, блоком задержки, вычитателем, аналого-цифровым преобразователем, шиной нулевого потенциала и обмотками возбуждения и считывания грубого отсчета, дополнительный выступ выполнен в виде бисекторного элемента с секторами грубого и точного отсчетов, обмотки возбуждения и обмотки считывания грубого отсчета расположены попарно, каждая на ферромагнитном выступе, выполненном в виде части кольца, ограниченной углом сектора грубого отсчета, ферромагнитные выступы одной пары разнесены между собой в радиальном направлении на расстояние, обеспечивающее перекрытие их дополнительным ферромагнитным выступом, обмотки возбуждения и считывания точного отсчета размещены попарно симметрично относительно радиусов, смещенных между собой на половину угла сектора точного отсчета, пары обмоток возбуждения и считывания точного отсчета смещены между собой в радиальном направлении на расстояние, обеспечивающее перекрытие их дополнительным ферромагнитным выступом, первый вывод опорного источника через последовательно соеди- , ненные обмотки возубждения грубого

/

отсчета подключен к второму выводу опорного источника, выводы обмоток считывания грубого отсчета подключены к входам второго блока детекторов, выходы которого через второй блок пороговых элементов подключены к входам арифметического блока грубого отсчета, выходы первого блока поро- Q говых элементов подключены к входам арифметического блока точного отсчета и управляющим входам коммутатора, к сигнальным входам которого подключены выводы обмоток считывания точно- 5 го отсчета, выход коммутатора подключен к первому входу вычитателя, выход которого подключен к сигнальному входу третьего блока выборки и хранения, выход которого подключен к входу ана- 0 лого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходу регистра кода скорости, выход компаратора через первый формирователь подключен к управляющему входу первого блока 5 выборки и хранения, выход которого подключен к второму входу вычитателя, а инверсный выход блока через второй формирователь подключен к управляющему входу второго блока выбор- 0 ки и хранения и входу блока задержки, выход которого подключен к управляющему входу третьего блока выборки и хранения, а шина нулевого потенциала подключена к второму входу ком паратора.

фиг.1

45

3/5

/55