Преобразователь угла поворота вала во временной интервал Советский патент 1991 года по МПК H03M1/50 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использовано при разработке преобразователей угла поворота вала в код.

Целью изобретения является улроще- «ие преобразователя, которое обеспечивается использованием одного управляемого фазоинвертора.

На фиг,1 представлена блок-схема преобразователя угла поворота вала во временной интервал; на фиг.2 - временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, делители 2 и 3 частоты, источник 4 синусоидального квадратурного напряжения, дешифратор 5, синусно-косинусный датчик 6 (например, СКВТ), ключи 7 и 8, первый запоминающий элемент 9, первый фильтр 10 низких частот, первый компаратор 11, формирователь 12 временного интервала, ключи 13-16, второй запоминающий элемент 17, ключи 18-21, управляемый фазоинвертор 22, второй фильтр 23 низких частот, второй компаратор 24, ключ 25.

Преобразователь угла поворота вала во временной интервал работает следующим образом.

енератор 1, делители 2 и 3 частоты выбраны так, что на выходах 1-4 дешифратора 5 формируются импульсы с частотой следования to, на выходе 3 дешифратора 5 - с частотой 4fo, э на выходе источника 4 синусоидального квадратурного напряжения формируется напряжение питания си- нусно-косинусного датчика 6 угла частотой fn, при этом fo & fn. Напряжения с выхода источника 4 поступают на входные обмотки датчика 6 угла и на информационные входы ключей 7 и 8, на управляющие входы которых поданы с дешифратора 5 короткие импульсы, сдвинутые на 1/4 периода их следований, На объединенных выходах ключей 7 и 8 будет формироватьсч сигнал, пред- стапляющий ступенчатую синусоиду с амплитудой Uo первой гармоники, равной амплитуде входных сигналов, и частотой frj-fn. Высшие гармоники в таком сигнале будут присутствовать только, начиная с частоты 3fo - fn, а их амплитуда будет не больше Uo/n, где п - номер гармоники.

Поскольку частоты fo и fn достаточно близки, то амплитуда высших гармоник будет мала и может быть отфильтрована фильтром 10 низких частот. С помощью ком- параторй 11 из синусоидального сигнала частоты fo-fn формируется старт-импульс, определяющий начало временного интервала.

В случае отсутствия в выходном сигнале датчика угла обратновращающейся составляющей на выходе управляемого фазоинвертора 22 сигнал будет представлять собсГступенчатую синусоиду с амплитудой U, равную амплитуде выходных сигналов, и частотой fo-fn. Образование сигнала такой формы поясняется фиг.2.

На фиг.2 изображены четыре сигнала,

0 образуемые управляемым фазоинвертором 22 из выходных сигналов датчика 6 угла ( ш 2 я fn). На образующих этих сигналов отмечены и пронумерованы участки, вырезаемые из них короткими стробурующими

5 импульсами частоты fo, поступающими на управляющие входу 18-21 (эти ключи управляют фазоинсертором 22). Нумерация указанных участков совпадает с нумерацией импульсов Го. В нижней части фиг,2

0 изображен результирующий сигнал, образующийся на запоминающем элементе (п). Например, стробирующий импульс 1 (фиг.2а) открывает ключ 13, через который косинусоидальный выходной сигнал датчи5 ка угла поступает на вход управляемого фазоинвертора 22. В этот момент фазоинвертор находится в неинвертирующем состоянии благодаря открывшемуся по тому же самому (пробирующему импульсу 1 клю0 чу 18. В результате из косинусного сигнала (фиг.2а) как бы вырезается короткий участок 1, который через открывшийся ключ 25 проходит на запоминающий элемент 17 и запоминается до момента, когда следующий

5 стробирующий импульс 2 вырежет короткий участок 2 из проинвертируемого синусоидального сигнала датчика угла (фиг.2б) и т.д. Запоминание происходит вследствие того, что ключ 25 открыт только на время дейст0 вия стробирующих импульсов. В результате па запоминающем элементе 17 образуется ступенчатый синусоидальный сигнгл. Первая гармоника этого сигнала будет иметь частоту fn-fo, т.е. произойдет преобразова5 ние чает входного сигнала. Высшие гармоники ь гаком сигнале будут присутствовать с частотами выше (51 o-fn). Амплитуда гармоник с такими частотами будет очень мала и равна Uo/nK, где К - суммарный

0 коэффициент передачи датчика угла, ключей и фазоинвертора; п - номер гармоники,

5 fо - f л D

начиная с номера -,г--. Высшие rap- in То

моники в ступенчатом синусоидальном сиг- 5 нале легко уничтожаются фильтром 23 низких частот и на его выходе имеем синусоидальный сигнал частотой fn-fo, фаза которого относительно синусоидального сигнала на выводе фильтра 10 прямо пропорционепьна углу поворота ротора датчика угла. Это сигнал используется для формирования стопового импульса временного интерзала.

Наличие в выходььх сигналах датчика угла составляющей с ооратновращающейся фазой соответствует изменению на 180° фазы одного из этих сигналов, что, в свою очередь, изменяет ПОРЯДОК следования четырех указанных вспомогательных сигналов, образующихся на выходе управляемого фазоинвертора 22. В результате на этом выходе образуется ступемчатый ба/ансно-мо- дулированный сиги&п, который фильтруется фильтро 23 низких частот. Механизм образования згого сигнала аналогичен рассмотренному.

Таким образом, на выходе фильтра 23 низких частот ооратночращающаяся составляющая, вызвоНгКЯ неравенством питающих датчик угла синусоидальных напряжений или их неорто ональностыо, а также неортогональностью выходных обмоток датчика угла, будет практически полиостью уничтожаться. Полезный сигнал выходных обмоток датчика угла с прямсврз- щающейся фазой будет полностью передаваться на выхсц , однако на Зол ее низкой частоте. ПреоСрьзопэнир частоты дает возможность получить высокую разое- шающую способность преобразователя.

Если в питающих датчик угла напряжениях имеются высшие гармоники, го ьа его выходе они тзкхе будут присутствовать, причем прямовращачмциеся составляющие этих гармоник, как и з случае первой гармоника, будут сдвинуты на я/2 друг относительно друга, а составляющие с обрзтновращающейся фззсй на -л/2, При этом прямовращающаяся составляющая третьей гармони и на выходе фильтра 23 низких частот будет представлять собой оалансно-кодулирован-;ый сигнал и на выходе ФНЧ уничтожится. Обраткозращаю- щаяся составляющие третьей г.-рмоники пройдет на выход ФмЧ с частотой 3(). Для пятой гармоники выходных сигналов датчика угла будет уничтожаться обратно- вращающаяся составляющая. Все четные гармоники на выходе ФНЧ уничтожаются.

Таким образом, преобразователь по своим точностным параметрам нисколько нэ уступают преобразователю с двумя фазо- инзепторями, однако прзвосходит последний по простоте и надежности. Это достигается за счет того, что вместо двух фазоинверторов, использующихся для по-; лучения из двух выходных сигналов датчика угла четырех сигналов, сдвинутых на я/4

друг относительно друга, для этой же цели используется один фазоинвертор, управляемый четырьмя ключами В зависимости от состояния последних он может функционировать в инвертирующем или неи .вертиру- ющем режимах. Влияние выходного сопротивления фазоинзертора на работу запоминающего элемента устраняется с помощью дополнительного клю«а 25. Формит

роаанке сигнала в измерительном канале преосразовагеля одним у оавлчемымфазо- инверто-.юм позвопяет избежит раздельной регулировки амплитуд каждого из этих сигналов, необходимой для получения РЫСОксй то- кост.; not образозателч

Ф о и мула изобретения Преобразовйтель угла поворота вала во временной ичтерьа/т, содержащий генератор импульсов, выхо,.; которого соединен с входами первого и второго делителей частоты, выход первого делителя частоты соединен с входом источника кэздратурного напряжения питания, первый и второй выход которого соединены с первым и вторым входами сннуснэ-косииусного датчика и информационными вхсдзми первого и второго ключей соотву-стаекно. выходы которых объединены и еоедин пы с ервым

запоминающим элементом и входом первого фильтра низкой частоты, выход которого через первый компяоэтор соединен с первым входом блока формирования временного интервала, выходы второго делителя

частоты соединены с входами дешифратора, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами третьего, четвертого, пятого и шестого ключей соответственно, выходы которых объединены, а первый и второй выходы дешифратора соединены с управляющими входами первого и второго ключей- соответственно, первый и второй выходы синусно- косинусного датчика соединены с

информационным - входами третьего и четвертого ключей соответственно, фазомнвер- тор, второй запоминающий элемент подключен к входу второго фильтра низкой частоты, выход которого через второй компаратор соединен с вторым входом блока формирования временного интервала, отличающийся тем, что с цепью упрощения преобразователя, в него введены седьмой, восьмой, девятый, десятый и

одиннадцатый ключи, а фазоинвертор выполнен управляемым, управляющие входы с седьмого по одиннадцатый ключей соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым аыходзми дешифратора соответственно, выход третьего ключа соединен с информационными входами седьмого и десятого ключей и с входом фазоинвертора, выход которого соединен с информационным входом одиннадцатого ключа, выход которого соединен с входом второго фильтра низкой частоты, информационные входы восьмого и девятого ключей подключены к

общей шине, а выход ключей с седьмого по десятый обьединены и соединены с управляющим входом фазоинвертора, первый и второй выходы синусно-косинусного датчика соединены с информационными входами третьего и четвертого ключей соответственно.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использовано при разработке преобразователей угла поворота вала в код. Поставленная цель-упрощение преобразователя - достигается тем, что в преобразователь, содержащий генератор 1, делители 2 и 3 частоты, источник 4 синусоидального квадратурного напряжения питания, датчик 6 угла, дешифратор 5, ключи 7, 8 и 13-16, запоминающие элементы 9 и 17, фильтры 10 и 23 нижних частот, компараторы 11 и 24, формирователь 12 временного интервала, введены ключи 18-21 и 25, а фазоинвертор 22 выполнен управляемым. Введенные элементы, один управляемый фазоинвертор и вновь введенные связи позволяют практически исключить погрешности от квартого- нальности обмоток датчика угла и питающих его обмоток, а также неравенства их амплитуд, при этом формирование выходного сигнала для выработки стопового импульса, определяющего конец временного интервала, осуществляется на одном управляемом фазоинверторе. Это существенно упрощает как устройство в целом, так и его настройку. 2 ил. О 4 Ю СЛ 00 Јь фиг.

U UCOSMt 5.

U -UCOStbJt-tff)

з,и i/$tn art tf

д

1JJJJJ LL1 I I i IJULI

23 Ч 5 67 8 9 10 11 12 13 ft 15 16 17

4

Фаг.2