Преобразователь перемещения в код Советский патент 1990 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования сигналов синусно-косинусных датчиков угла, и может быть использовано в измерительных системах угловых и линейных перемещений, где основным требованием является высокая разрешающая способность преобразования.

Цель изобретения - повышение точ- ности и упрощение преобразователя с использованием интерполяции путем уменьшения количества фаз фазорасще- пителя.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя перемещений в код; на фиг. 2-4 - диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит синусно- косинусный датчик 1 угла, усилитель 2 с прямыми и инверсными выходами, фа- зорасщепитель 3, 2k компараторов 4, блок 5 логической обработки, отсчет- ное устройство 6.

Преобразователь перемещений в код работает следующим образом.

Синусно-кос.инусный датчик 1 угла при перемещении формирует на своих выходах.два ортогональных сигнала. Эти сигналы через усилитель 2 с пря- мыми и инверсными выходами поступают на фазорасщепитель 3, который на своих выходах вырабатывает сигналы, амплитуды которых нормированы, а сдвиг фаз между ними равен 180°/k при четном k и 180°/2k при нечетном k. Входные сигналы фазорасщепителя 3 подключены к обоим входам каждого из 2k компараторов 41,...,4 (в данцом слчае k 5), причем к входам компара- торов 4f-4j (с первого по k+1-й) по ключены пары выходов фазорасщепителя 3 со сдвигом фаз, равным 180 1ЯО

- ™-- т, где т 0,1,2,...,k. а к

Iv

входам компараторов 6-10 (с k+2 -го по 2k-и)-пары выходов фазорасщепителя 3 со сдвигом фаз, равным 1§0.г

г

5

.

5

$

до 45

55

где при четном k Г 1,2Ј,...,

2,1, а при нечетном k Г 1,2,...,

,...,2,1. Число компараторов 4 в

два раза меньше коэффициента интерполяции (2k 2), на кажДЬ Й из компараторов поступают две фазы, каждый компаратор 4 сравнивает два соответствующих сигнала между собой и на своих выходах формирует прямоугольные сигналы, фронты которых находятся в местах пересечения .указанных сигналов.

В блоке 5 логической обработки в местах -фронтов прямоугольных сигналов на выходе компараторов 4 формируются короткие прямоугольные (счетные) импульсы, которые и поступают в отсчет- ное устройство 6 (в котором осущест- вляется счет импульсов), а далее информация о перемещения может быть визуализирована на индикаторном табло или передана для обработки в ЭВМ.Принцип работы блока 5 может быть различ- i

ным, так. как методы формирования счетных импульсов из фронтов прямоугольных импульсов широко известны и решаются обычным способом позиционной логики.

Таким образом осуществляется интерполяция (т.е. внутришаговое деление) шага преобразователя перемещений. Например, если в качестве синусно-ко- синусного датчика 1 угла -использован растровый фотоэлектрический синусно- косинусный преобразователь, шаг которого 20 мкм, то с интерполятором, коэффициент интерполяции которого р 20, мы имеем возможность получить 20 импульсов на один период сигнала преобразователя, т.е. в 20 раз повысить разрешающую способность системы, получая информацию о перемещении величиной в 1 мкм. Рассмотрим подроб- нее принцип интерполяции на примерах.

На фиг. 2 пояснен принцип работы преобразователя с р 20. Исходными

сигналами, поступающими с датчика являются квадратурные ( синусные и косинусный } сигналы - А, В. После усиления и фазорасщепления в дальнейших преобразованиях участвуют фазы А, В, С, F, G, Е. Эти фазы сдвинуты друг относительно друга на 18е7 (180°/2Ф5, ибо k - нечетное, равное 5), полученные сигналы с выхода фазорасщепите- ля 3 объединяются в пары (сдвиг фаз в паре

1,

,),

К.

где m О,1,2,...,k)

и попарно поступают на соответствующие компараторы 4, т.е. на первый компаратор 4 подается пара, сигналы в которой сдвинуты на 180° (180° На входы компаратора 4

- Г о.

подаются сигналы А и А; в точке их пересечения и формируется короткий первый счетный импульс (после блока 5 логической обработки) и обозначенный АА. На второй компаратор 4 подается пара, сигналы в которой сдвинуты на

1 ЯО

144° (180° - -Ј- 1). Образуемый сигнал после блока 5 логической обработки обозначен FA (поскольку в его образовании участвуют фазы F и А). Импульсы образуются в местах пересечения соответствующих сигналов, обозначенных на фиг. 2 жирными точками. Для получения 20 импульсов за шаг преобразователя (на фиг. 2 для краткости указано 10 импульсов на половине шага) требуется наличие восьми фаз на выходе фазорасщепителя 3. Если бы в компараторе был использован триггер Шмидта, то сравнивался бы один сигнал с выхода фазорасщепителя 3 с нулевым сигналом, а в предлагаемом случае - два сигнала с выхода фазорасщепителя 3. Рассмотрим, например, образование пятого импульса на фиг, 2.При использовании триггера Шмидта он образуется пересечением фазы Е с нулевым уровнем, а в предлагаемом случае пятый импульс образован пересечением фаз S и Б. Это эквивалентно двукратному увеличению крутизны (или наличию усилителей с коэффициентом усиления 2). В предлагаемой схеме можно в два раза ослабить требования к чувствительности применяемых компараторов 4. В точках пересечения двух сигналов между собой повышается точность срабатывания компараторов 4.

29696

Аналогично, может быть рассмотрен

другой пример. Преобразователь с коэффициентом интерполяции р 40 (фиг.З). В этом случае на выходе фазорасщепи- теля 3 имеется тоже восемь фаз: А, А, В, В, С, F, S, Е. Фазы сдвинуты

на 18°

10

друг относительно друга

/180 . Оо ,. ,

(---- 18 , ибо k четное,

равное 10).

Сдвиг фазы в паре, в которые объединяются сигналы на выходе фазорасщепителя 3, равен

,

т, где т

5

5

0

5

0

5

0

5

20

0,l,2,...,k. Такой сдвиг фаз между сигналами, подаваемыми на первые одиннадцать компараторов 4. К входам компараторов 4 с 12-го по 20-й пара выходов фазорасщепителя 3 имеет сдвиг

180°

фаз, равный --- Г, где Г 1,2,3,4,

5,4,3,2,1 (поскольку k - четное число). Как и в случае р 20, импульсы образуются в местах пересечения соответствующих сигналов, обозначенных на фиг. 3 жирными точками. Из фиг. 3 видно, что для получения коэффициента интерполяции р 40 (это означает, что при шаге 20 мкм, разрешающая способность достигает 0,5 мкм) требуется, наличие тех же восьми фаз А, А, В, В, С, Fs S, Е, однако их другое сочета- ние, т.е. иное спаривание при подаче на компараторы 4 обеспечивает получение 40 импульсов за период. На фиг.З обозначены необходимые для этого пары: АА, AC, AF, AS, АЕ, АВ, СВ, FB, SB, ЕЕ, ВВ, AC, AF, AS, АЕ, АВ СВ, FB, SB, ЕВ.

Точно так же можно показать работоспособность интерполятора с р 80 (фиг. 4). Для этого требуется 13 фаз. Сдвиг фаз в парах и обозначения участвующих в образовании импульсов пар указаны на фиг. 4.

Формула изобретения

Преобразователь перемещения в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого подключены к входам усилителя, прямые и инверсные выходы которого подключены к входам фазорасщепителя, 2k компараторов, выходы которых подключены к входам блока логической обработки, выходы которого подкчючины к входам отсчетного устройства, отличающийся тем, что, с цо 1ью повышения точности

и упрощения преобразователя, в нем выходы фазорасщепителя подключены к обоим входам каждого из компараторов соответственно попарно, причем к входам каждого из компараторов с первого no(k+l)-H подключена одна из пар выходов фазорасщепителя, соответствую10 о 180

щих сдвигам фаз 180 - -. т, где

k

Е 4

р - коэффициент интерполяции преобразователя, m 0,l,2,...,k} к входам каждого из компараторов с (k+2)-ro no подключена одна из пар выходов фаэорасщепителя, соответствующих сдвигам фаз

{Й-.Г, где Г .

I,2,,..$ ,,.,,/,

k-1 и Г 1,2,..., -Ј-,.

ном k.

при четном k .,2,1 при нечет

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования сигналов синусно-косинусных датчиков угла, и может быть использовано в измерительных системах угловых и линейных перемещений, где требуется высокая разрешающая способность. Целью изобретения является повышение точности и упрощение преобразователей с использованием интерполяции. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код, содержащем синусно-косинусный датчик 1 угла, усилитель 2 с прямыми и инверсными выходами, фазорасщепитель 3, пороговые элементы 4, блок 5 логической обработки, устройство 6 отсчета, пороговые элементы 4 выполнены в виде компараторов, на входы которых поступают сигналы с выходов фазорасщепителя со сдвигом фаз 180° - 180° M/K (для компараторов с 1-го по K+1) или 180° г/к (для компараторов с K+2 по 2K) соответственно попарно. Такое включение компараторов позволяет повысить точность преобразования за счет увеличения вдвое крутизны входного сигнала, а также сократить число выходных фаз фазорасщепителя, что существенно упрощает преобразователь в целом.

ЦЩ.

ИЗ

AiiicfrmirbartiifiieKtrMttABaftsKfu

cieifiateK/r a aartftfe

шшшш

X

5 РЧО

Фиг. г

Х Ю

р--«5

//

//Л

/////

ч

vS

ю «с

Ч О и

СХЧЧЧЧЧУчЧ v -зС УуХ ХХ/Л. .-X Р ---- -г У V У ь ХГ X, У ..X S

NTV X N X X X X t 7

44SSS

/

/ NSS

Х

ХХЧ Ч

у

Чв

V У ь ХГ X, У ..X S

NTV X N X X X X t

SS

44SSS

ХХЧ X

х,

S

Х

у

Ч V

Ух ч т х

V -