Устройство для преобразования сигналов фотоэлектрического датчика Советский патент 1991 года по МПК G01D5/249 

w

Ј

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может использоваться в устройствах дистанционного управления механизмами. Устройство отличается отсутствием электронно-лучевой трубки. Вместо нее введены два инвертора 7, 8, два пороговых элемента 6-1, 6-2, два блока 2-1, 2-2 деления, два дифференциатора 4-1, 4-2 и два ключа 5-1, 5-2. Сущность изобретения заключается в том, что сигналы датчика принимаются за координаты двух условных радиус-векторов. исходяи1их из начала координат. Моделируя их синхронное, но противофазное вращение, подвергается анализу угол их вращения. По знаку производной изменения угла вращения векторов определяется направление вращения фотоэлектрического датчика.4 ил,

г

VI

Ю О О

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано в устройствах дистанционного управления механизмами.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности и уменьшение габаритов устройства путем моделирования процесса отклонения луча ЭЛТ средствами радиоэлектроники.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграммы, иллюстрирующие принцип работы устройства; на фиг. 4 - временные диаграммы работы.

Сущность изобретения заключается в том, что сигналы и L.2 датчика в виде двух импульсных последовательностей принимаются за математические координаты X и Y двух условных радиусов-векторов Ai(y7i/Di ) и Ръ((р2р2 ) , исходящих из начала координат и вращающихся в поле квадранта системы координат. Концы векторов описывают квадратную траекторию (фиг. 2).

По направлению синхронного, но противофазного пульсирующего вращения этих векторов, которое дешифрируется по знаку производной их углов р- и (р, определяется направление вращения датчика

р arctg Y/X,(1)

где -угол поворота радиус-вектора;

Y и X - координаты его конца.

Вращение радиусов-векторов AI и Аг напоминает присущее известному устройству перемещение луча (вернее, светового пятна) на экране ЭЛТ и его симметричного отражения.

Направление вращения луча, а точнее перемещения по стороне квадратной траектории, однозначно определяет фазовый сдвиг между последовательностями сигналов, т.е. направление вращения датчика.

Трансляция сигналов импульсных последовательностей в координаты двух радиусов-векторов Li и , исходящих из начала координат, синхронных и противофазных, вращающихся в поле лишь квадранта системы координат, выбрана по причинам рациональности схемы обработки и особенностей математических функций, используемых в модели.

Действительно, неоднозначность функции угла радиуса-вектора вида (р - arcsin y/p и разрывность той же функции вида р- arctg y/x при переходе угла через значение л/2 и -л/2 (фиг. 3) диктует необходимость применения двух векторов синхронных, но противофазных.

При этом наиболее рациональным является анализ вращения векторов в поле I

квадранта, поскольку координаты векторов при этом однополярны.

Один из векторов в любой момент вращается в поле I квадранта и отражает направление вращения датчика. Другой обязательно перемещается вдоль осей координат и является недостоверным. Угол этого вектора должен быть исключен из анализа (схемно с помощью ключей).

0 Координаты парного вектора формируются простым инвертированием однопо- лярных координат основного вектора.

При этом упрощается и процесс определения недостоверного вектора, т.е. вектора,

5 конец которого в данный момент перемещается по осям координат. Поскольку при ординате, равной нулю (Y 0), функция (1) равна нулю независимо от значения абсциссы X, то недостоверность р вектора воз0 можно определять по нулевому значению лишь его абсциссы X.

Анализ изменения угла поворота векторов производится аналогично известному устройству дешифрацией знака его произ5 водной.

Устройство содержит первый 1-1 и второй 1-2 входные формирователи, первый 2-1 и второй 2-2 блоки деления, первый 3-1 и второй 3-2 функциональные блоки, первый

0 4-1 и второй 4-2 дифференциаторы, первый 5-1 и второй 5-2 ключи, первый 6-1 и второй 6-2 пороговые элементы, первый 7, второй 8 и третий 9 усилители-инверторы, усилитель 10, первый 11, второй 12 и третий 13 диоды,

5 элемент ИЛИ 14, селектор 15 длительности, формирователь 16, триггер 17 и коммутатор 18. .

Входные сигналы и L2 подаются на клеммы 19-1 и 19-2, а выходные сигналы

0 снимаются с клемм 20-1, 20-2 (сигналу Ti и Т2) и клемм 21-1, 21-2 (сигналы Si и За).

Выход первого входного формирователя 1-1 подключен к входу первого порогового элемента 6-1, к входу первого блока 2-1

5 деления и через первый усилитель-инвертор 7 к входу второго блока 2-2 деления и к входу второго порогового элемента 6-2.

Выход второго входного формирователя 1-2 подключен к другому входу первого

0 блока 2-1 деления и через второй усилитель- инвертор 8 к другому входу второго блока 2-2 деления.

Выход первого порогового элемента 6-1 подключен к второму входу первого ключа

5 5-1, а второй пороговый элемент - к второму входу второго ключа 5-2. Выходы ключей объединены делителем 10.

Первый блок 2-1 деления, первый функциональный блок 3-1, первый дифференциатор 4-1 и первый ключ 5-1, как и вторые

аналогичные блоки, соединены послсдозё тельно.

Выход усилителя 10 подключен через диод 11 к S-входу триггера 19, а через второй диод 12 и третий усилитель-инвертор 9 с его R-входу и через третий диод 13 - к входу элемента ИЛИ 14, другой вход которого подсоединен к R-входу триггера 17.

Выход элемента ИЛИ 14 через селектор 15 длительности и формирователь 16 присоединен к сигнальному входу коммутатора 18, а выходы триггера 17 - к управляющим входам коммутатора 18.

Первый 1-1 и второй 1-2 входные формирователи вырабатывают трапецеидальные сигналы с длительностью фоонто Тдоп . равней допустимой продолжигельно- сти входного сигнала, мепыие которой Фиксируется помеха. Входные формирователи (аналогичные известному устройству) могут быть реализованы на интеграторах с нась-- щением. При этом,определяется длительность сигна/лив на выходах дифференциаторов 4-1 и 4-2, по которым будут отделены помехи от сигналов

Усилители-инверторы 7 и 8 инвертируют сигналы X и Y по уровню. Блоки 2-1 и 2-2 деления выполняют деление однополярных входных величин

UBbixA-Uy/Ux,

(2) U вых д - U y/U х

Пороговые элементы 6-1 и 6-2 обладая однозначной релейной характеристикой, вырабатывают сигналы отключения ключей 5-1 и 5-2 в своих каналах по сигналам, близким к нулю.

В дальнейшем, для простоты рассуждений эти величины будут называться нулевыми.

Функциональные блоки 3-1 и 3-2 реализуют функцию (1) в виде

Увыхф arc tg Увых д,

(3)

U вых.ф arctg U Вых д

Традиционно, блоки 2-1 л 2-2 деления имеют схемные ограничения выходного сигнала, что вызывает ограничения величин выходных напряжений и функциональных блоков.

Для полного согласования ограничений в каналах преобразований порог срабатывания пороговых элементов 6-1 и 6-2 должен быть равен величине Ux огр и U xorp. , при которой наступает ограничение напряжений Квых.д U вых.д. Как было сказано, величины Uxorp и U xorp. малы и условно будут считаться нулевыми.

Дифференциаторы 4 1 и 4-2 на практике могут быть реализованы в виде интегродиф- ференцгаторав с преобладанием дифференцирующих свойств. Это уменьшает

вероятность воэникнсьения помех.

Устрог -.тво работает следующим образом

Исходным состоянием узлов может быть любое, поскольку устройство не имеет

релаксационных элементов, кроме триггера 17, который в каждом такте работы принудительно устанавливается в необходимое состояние.

Сигналы датчика поступают в первый

канал обработки чеоез входные формирователи 1-1 и -2 и дополнительно через усилители-.швер-.оры 7 и 8 во второй канал обработки.

После объединения импульсов дифференциаторов 4-1 и 4-2 усилителем 10 они поступают через диоды 11-13 на триггер 17, отражающий условно направление вращения искомого датчика и через селектор 15 и формирователь 16 - на коммутатор 18, управляемый триггером 17.

Рассмотрим работу устройства по диаг рамме на фиг. 4 в режиме прямого и обратного направлений и действия двух видов помех. Рассмотрение начнем с момента ti,

Первый канал обработки не формирует

по этому перепаду LI выходного сигнала. Это делает второй . На выходе усилителя 10 вырабатывается 2-й импульс, проходя ший до выхода 21-1. Следующие импульс

4-2 отрицательной полярности в этом канале блокируется ключом 5-2 по признаку X1 0. Зато открыт выход 1. На выходе усилителя 10 появляются 3-й и 4-й импульсы, 5-й и 6-й импульсы вырабатываются каналом 2, 7-й и 8-й импульсы каналом 1, а 9-й импульс - каналом 2. На выходе 2-1 появляется серия импульсов.

В момент t2 поступает сигнал LI короткий длительностью менее тдоп . По второму

канапу он вызывает появление импульса 10, подтверждающею направление вращения, но не вызывает формирование выходного импульса Si, поскольку этому препятствует селектор 15.

В момент t3 импульс 4-1 канала 1 блокируется, а импульс 4-2 канала 2 появляется на выходе усилителя 10 в виде импульса 11, опрокидывая триггер 17 и выводя выходной импульс на выходе 21-2. Аналогично формируются сигналы 12-15, появляющиеся затем на выходе 2t-2.

В момент t4 поступает помеха вновь с сигналом Li. В первом канале формируются два коротких двухполярных импульса, которые достигают выхода усилителя 10 (импульсы 16 и 17), но не достигают выхода устройства благодаря селектору 15, Однако, помеха данного момента вызывает переключение триггера 17, который затем вновь принудительна устанавливается в необходимое состояние по следующему достоверному импульсу 18. Это переключение триггера 17 не влияет на результат работы устройства.

Принудительная установка в каждом такте триггера 17 в состояние, однозначно указывающее на направление вращения датчика, проявляется и в случае действия внутренних помех на триггер 17

Для предотвращения излишнего переброса триггера при действии некоторых помех можно поставить селекторы длительности на входах триггера или двух- полярный селектор на выходе усилителя 10

Формула изобретения Устройство для преобразования сигналов фотоэлектрического датчика, содержащее два входных преобразователя, входы которых являются входами устройства, два дифференциатора, усилитель, первый усилитель-инвертор, RS-триггер, коммутатор и соединенные последовательно элемент ИЛИ, подключенный одни входом к выходу первого усилителя-инвертора и R-входу RS- триггера, селектор длительности и формирователь, подключенный выходом к сигнальному входу коммутатора, управляющие входы которого подключены к выходам

У

Фиг. 2

триггера, являющимися, как и выходы коммутатора, выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и уменьшения габаритов устройства, в него введены второй и третий усилители-инверторы, два пороговых элемента, два блока деления, два функциональных блока, три диода и первый и второй ключи, выходы которых соединены с

входами усилителя, а управляющие входы - с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, при этом выход первого входного преобразователя соединен через первый пороговый элемент с управляющим входом первого ключа и через первый блок деления, первый функциональный блок, первый дифференциатор - с входом первого ключа, выход второго входного преобразователя соединен с другим входом

первого блока деления и подключен через второй усилитель-инвертор, второй блок деления, второй функциональный -блик, второй дифференциатор к входу второго ключа, управляющий вход которого соединен через

второй пороговый элемент с другим входом второго блока деления, исключенным через третий усилитель-инвертор к выходу первого входного .преобразователя, а выход усилителя соединен через первый диод,

включенный в прямом направлении, с S- входом RS-триггера, через второй диод, включенный в обратном направлении, с входом первого усилителя-инвертора, и через третий диод, включенный в прямом направлении, с другим входом элемента ИЛИ.

ШигЗ

4 --arctyjпогр №