Устройство для кодирования угла поворота Советский патент 1991 года по МПК H03M1/06 

Рзобретение относится к автоматике и может найти применение в высокоточных системах автоматического измерения угла поворота.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема устройства; на фиг 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 - блок сравнения; на фиг„ 4 - чувствительный элемент; на фиг. 5 - задающий элемент; на фиг. 6 - форма сигнала на выходе считывающего элемента; на фиг. 7 - временные диаграммы,поясняющие работу устройства.

Устройство для кодирования угла поворота содержит преобразователь -J угол - код, червячное колесо 2,червяк 3, задающие элементы 4, чувствительный элемент 5, постоянное запоминающее устройство 6, блок 7 сравнения, счетчик 8, генератор 9 импуль

Г П+f1T TJf Т1ТЧ Ј1ТМ-Т 1 (1 ТХ j- rs-чттл

нении, счетчик о, генератор у импул сов, триггеры 10 и 11, элемент И 12, вьгчитатель 13, триггер 14, элемент И 15, сумматор 16, регистр 17, эле- мент ИЛИ 18, входы 19 и 20 устройства, входы 21 и 22 триггера 10, вход 23 чувствительного элемента 5, выходы 24-26 устройства, входы 27-29, а также выходы 30 и 31 блока 7 сравнения, вход 32 счетчика 8, входы 33- 35 регистра 17, вход J6 вычитателя 13 и выходы 37 и 38 сумматора 16.

Блок 7 сравнения содержит вычита- тель 39, вычитатель 40 абсолютных величин, элемент 2И-ИЛИ 41, счетчик

Ф

t Од 1

О

42, элемент 43 задержки, входы 44-47 элемента 2И-ИЛИ 41 и задатчик 48 кода

Чувствительный элемент 5 содержит дискриминатор 49 уровня, триггер 50, дифференцирующую цеп очку 51, формирователь 52 импульсов, считывающий элемент 53, установленный на стойке 54,

Принцип действия устройства основан на том, что на червячном колесе 2, используемом совместно с многооборотным преобразователем 1 угол - код, устанавливаются с некоторым интервалом по углу задающие элементы 4 например, магниты, которые в сочетании с чувствительным элементом 5, построенным на эффекте Холла, обеспечивают высокоточное измерение угла в этих точках и Нормирование поправок к показаниям преобразователя 1 угол - код.При вращении червячного колеса 2 считывающий элемент 53 проходит в зазор между парами магнитов задающего элемента 4, не касаясь их. При этом вырабатывается сигнал, Фор- ма которого представлена на фиг. 6. Перемещение червячного колеса 2 обозначено через С| , в точке Q задающий элемент 4 располагается точно против считывающего элемента 53„ При этом на выходе считывающего элемента 53 напряжение близко нулю, что выявляет дискриминатор 49 уровня.

Триггер 11 устанавливается в нулевое состояние по сигналу логической единицы с выхода триггера 10, при этом сигналы на другом входе триггера 11 игнорируются. Преобразователь 1 угол - код по сигналу опроса на его входе измеряет угол поворота своего входного вала и на выходах запоминает код, пропорциональный измеренному углу.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 1 угол - код кодирует поворот червячного колеса 2 от 0 до 360 , при этом входной вал преобразователя 1 совершает количество оборотов, равное передаточному отношению червячной пары. В ПЗУ 6 хранятся координаты AJ задающих элементов 4 „ Перед началом работы по сигналу на входе 19 сбрасываются регистр 17 и триггер 14.

Рассмотрим случай, когда после включения устройства не было прохож0

5

0

5

0

0

дения задающих элементов 4 мимо чувствительного элемента 5, а измеряемый угол отличается от углов А{ более чем на величину Ср0 , где расстояние от точки Q до положения задающего элемента 4 (фиг. 6), при котором на считывающем элементе 53 формируется максимальный сигнал„ Импульс опроса на входе 20 проходит на вход счетчика 8, сбрасывая его, а триггер 10 устанавливает в единичное состояние. Сигнал с выхода триггера 10 открывает элемент И 12С После поступления пер- вого импульса с выхода генератора 9 на счетчик 8 по первому адресу из ПЗУ 6 извлекается координата А, „ Сигнал логической единицы с выхода триггера 10 поступает на вход преобразователя 1 угол - код как сигнал опроса, по которому на выходах преобразователя 1 формируется код А ,пропорциональный измеряемому углу. Этот код поступает на вход 27 блока 7 сравнения.

Вычитатель 39 блока 7 сравнения вычитает из кода на входе 27 код на входе 28, поступающий из ПЗУ 6«, Если А А, то знаковый разряд разности, формируемой на выходе вычита- теля 39, равен 1 и импульс, поступивший на вход 29, проходит на выход 30 блока 7 сравнения и далее - на вход 22 триггера 10, переводя его в нулевое состояние. После этого элемент И 12 запирается и показания счет- 5 чика 8 не изменяются. Если то знаковый разряд на выходе вычита- теля 39 равен О. Поэтому импульс с входа 29 не проходит на выход 30 и триггер 10 остается в единичном состоянии„ После поступления последующих импульсов на счетчик 8 из ПЗУ

6 извлекаются очередные значения А до тех пор, пока Af не будет меньше значения Aj, при этом импульсы на

вход счетчика 8 перестают поступать.

Код с выхода преобразователя 1 поступает на вход 37 сумматора 16, с выхода которого на выходы 26 устройства, так как на вход 38 поступает код О. На выходе 25 устройства формируется триггером 14 сигнал достоверности. На выходе 24 устройства формируется импульс, синхронизированный по времени с кодом на выходах 26. Рассмотренный случай соответствует моменту времени t (фиг„ 7)„

Рассмотрим случай, когда после включения устройства не было прохождения задающего элемента 4 мимо чувствительного элемента 5, и измеряемый угол отличается от одного из углов А|- не более чем на величину , но не

равен ему. В этом случае устройство работает аналогично предьщущему слу- чаю, однако на выходе вычитателя АО блока 7 сравнения формируется знаковы разряд разности кодов, равный 1

&V IA/- A« |- Po

где Ц - константа, поступающая с выхода задатчика 48 кода.

По сигналу логической единицы на выходе вычитателя 40 импульс с входа 29 поступает на триггер 42, устанавливая его в единичное состояние. Сигнал с выхода триггера 42 поступает на вход 23 чувствительного элемента 5.

Рассмотрим случай, когда измеряемый угол А таков, что i-й задающий элемент 4 расположен точно против чувствительного элемента 5. Этот случай может быть только после того, как перед ним была предыдущая ситуация, которая завершилась поступлением сигнала логической единицы на вход чувствительного элемента 5 и Лормирова- нием на выходах ПЗУ 6 запомненного кода.

Чувствительный элемент 5 формирует на своем выходе положительный импульс заданной длительности (обозначим его СДХ) (фиг. 7 г). Если -этот сигнал по времени не совпадает с сигналом опроса на входе 20 устройства (фиг.7 а) или с состоянием логической единицы на выходе триггера 10 (Фиг. 7 в) то устройство работает следующим образом (момент времени t,, фиг. 7).

Сигнал СДХ устанавливает триггер 11 в единичное состояние (фиг. 7 е), при этом сигнал с выхода триггера 11 опрашивает преобразователь 1, код которого А (фиг. 7 б) поступает на вход 36 вычитателя 13, формирующего на своих выходах поправку

uj AJ- А;,

где А| - поступающий с ПЗУ 6 код точного положения 1-го задающего элемента 4.

По сигналу логической единицы с выхода триггера 11 регистр 17 записывает код, поступающий на его входы 35.

Если сигнал СДХ частично совпадает по времени с сигналом логической единицы на выходе триггера 10 (мо

10

15

20

25

43766

мент времени t, Лиг. 7), то так как длительность сигнала СДХ больше, чем максимально возможная длительность сигнала логической единицы на выходе триггера 10, по окончании последнего устройство воспринимает сигнал СДХ и работает аналогично описанному.

Устройство аналогично и в том случае, если сигнал СДХ поступает одновременно с импульсом опроса на вход 20 устройства (момент времени t-, фиг. 7). При этом сигнал опроса не сможет установить триггер 10 в единичное состояние

Рассмотрим работу устройства, после того как сигнал СДХ снялся. По первому импульсу опроса на входе 20 . устройства оно работает аналогично описанному в первом случае, однако на выходах 26 формируется значение кода как сумма поправки, записанной в регистр 17, и кода с выхода преобразователя 1 „

Триггер 14 находится в единичном состоянии, формируя на выходе 25 устройства сигнал достоверности выходного кода. Таким образом, по заднему фронту импульса на выходе 24 (фиг. 7 ж) , определяющему окончание отработки устройством очередного сигнала опроса, формируется код на выходах 26 устройства

Ложной выдачи сигнала СДХ при нулевом сигнале считывающего элемента 53, кроме точки д , не происходит, так как в этих случаях на вход 23 чувствительного элемента 5 подается сигнал логического нуля, формируемый на выходе вычитателя 40 блока сравнения

30

35

40

Формула изоб ретения

Устройство для кодирования угла поворота, содержащее преобразователь угол - код, кинематически связанный с червячной парой, содержащей чер- вячное колесо и червяк, и узел коррекции, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены чувствительный элемент и задающие элементы, равномерно расположенные по окружности червячного колеса, около которой расположен чувствительный элемент, а узел коррекции содержит три триггера, постоянное запоминающее устройство, счетчик, генератор импульсов, два элемента И, элемент ИЛИ, вычитатель, сумматор, регистр и блок сравнения, первый выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен ,с первым входом первого элемента И, первым входом элемента ИЛИ и первым входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ,

и

с первым управляющим входом регистра с первым входом третьего триггера, выход которого является первым управляющим выходом устройства, а второй вход является первым входом устройства и объединен с вторым управляющим входом регистра, выходы которого соединены с входами первого слагаемого сумматора} выходы которого являются информационными выходами устройства, первый вход второго элемента И является вторым входом устройства, второй вход второго элемента И объединен с вторым входом второго триггера, а выход второго элемента И соединен с вторым входом первого триггера, с первым входом счетчика и является вто

3768

рым управляющим выходом устройства, выходы счетчика соединены с входами постоянного запоминающего устройства, выходы которого соединены с первой группой входов блока сравнения и с первой группой входов вычитателя, выходы которого соединены с информационными входами регистра, вторая группа входов вычитателя объединена с второй группой входов блока сравнения и с входами второго слагаемого

сумматрра, .выход генератора импульсов соединен с вторым входом первого эле- . мента И, выход которого соединен с вторым входом счетчика и с входом блока сравнения, второй выход блока сравнения узла коррекции соединен с входом чувствительного элемента, выход которого соединен с вторым входом второго триггера узла коррекции, выход элемента ИЛИ узла коррекции соединен с входом преобразователя угол-; код, выходы которого соединены с второй группой входов вычитателя узла коррекции.

Изобретение относится к автоматике и может найти применение в высокоточных системах автоматического измерения угла поворота о .Целью изоб.- ретения является повышение точности устройства„ Поставленная цель дости- гается тем,что в устройство для кодирования угла поворота, содержащее преобразователь угол - код, кинематически соединенный с червячной парой, и узел коррекции, введены датчик угла и дискриминаторы, равномерно расположенные по окружности червячного колеса. Выполнение узла коррекции в совокупности с датчиком угла и дискриминаторами позволяет проводить коррекцию показаний устройства. 7 ил. (Л

Кодируемый вал

4-6

4-/

Ы

4rJ

Фие.1

27 28

Фиг.З

Фиг. 5

25

Фиг.2