Преобразователь перемещения в код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/48 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения перемещения в станках с ЧПУ.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя путем увеличения разрешающей способности преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема распределителя импульсов; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу распределителя импульсов; на фиг. 4 - принципиальная схема широтно- импульсного модулятора; на фиг. 5 и 6 - диаграммы, поясняющие работу широтно- импульсного модулятора.

Преобразователь перемещений в код содержит синусно-косинусный датчик 1 (СКД), полосовой усилитель 2, фазочувствительный формирователь 3 импульсов, реверсивный счетчик 4, триггер 5, реверсивный счетчик 6, элементы И 7 и 8, дешифратор 9, элементы ИЛИ-НЕ 10 и 11, реверсивный счетчик 12, распределитель 13 импульсов, реверсивные счетчики 14 и 15, широтно-импульсный модулятор 16, генератор 17 импульсов опорной частоты, делитель 18 частоты, элементы 19 и 20 задержки.

Распределитель 13 импульсов (фиг. 2) содержит счетчик 21 и дешифратор 22.

Широтно-импульсный модулятор 16 содержит реверсивные счетчики 23-26, триггеры 27 и 28, элемент 2И-НЕ 29, элементы НЕ 30-32, мультиплексоры 33 и 34, триггеры 35 и 36, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37 и 38, элементы НЕ 39 и 40, элементы И-НЕ 41-44, элементы НЕ 45 и 46.

Преобразователь работает следующим образом.

В реверсивных счетчиках 14 и 15 хранятся числа, сумма которых равна абсолютному внутришаговому смещению головки индук- тосина относительно линейки, образующих СКД 1 и определяет ширину импульсов напряжения, вырабатываемых широтно-им- пульсным модулятором 16 и поступающих на синусную и косинусную обмотки датчика 1.

Изменение этой суммы вызывает изменение ширины синусного и косинусного сиг(Л

а сд

Јь

со

со

налов запитки датчика 1. В статически согласованном положении эти сигналы таковы, что на выходе датчика 1 величина напряжения рассогласования близка к нулю. При перемещении подвижной части датчика 1 на его выходе возникает сигнал рассогласования. Полосовой усилитель 2 усиливает сигнал рассогласования и выделяет первую гармонику этого сигнала. Усиленный сигнал рассогласования поступает на вход фазо- чувствительного формирователя 3 импульсов. Сигнал, поступающий с одного выхода элемента 15 задержки, сдвинут на 1/4 периода от его начала и приходится на максимум сигнала рассогласования. Если величина рассогласования больше порога срабатывания фазочувствительного формирователя 3 импульсов, то по одному из его выходов в зависимости от фазы рассогласования выдается импульс. Так, при положительном перемещении подвижной части датчика 1 возникает положительное рассогласование и фазочувствительный формирователь 3 импульсов выдает импульсы, которые через элемент ИЛИ-НЕ 10 и дешифратор 22 поступают на вход сложения либо реверсивного счетчика 14, либо реверсивного счетчика 15 (в зависимости от состояния дешифратора 22) по очереди. Реверсивный счетчик 21 управляет состоянием выходных сигналов D и F дешифратора 22 таким образом, что числа, хранящиеся в реверсивных

Фазочувствительный формирователь 3 выдает импульсы, которые поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 4, а через элемент ИЛИ-НЕ 11 и распределитель 13 импульсов поочередно поступают на входы вы- ® читания реверсивных счетчиков 14 и 15.

Когда состояние старших разрядов реверсивного счетчика 4 станет равным нулю, а сумма чисел, хранящихся в реверсивных счетчиках 14 и 15, будет соответствовать 10 положению датчика 1, сигнал рассогласования на выходе датчика 1 будет равен нулю.

При отрицательном перемещении датчика 1 импульс переполнения реверсивного счетчика 4 устанавливает триггер 5 в «О. По сигналу с выхода элемента 20 задержки число из реверсивного счетчика 4 заносится в реверсивный счетчик 6, дешифратор 9 выдает разрешение прохождению импульсов генератора 17 через элемент И 8, которые через элемент ИЛИ-НЕ 11 и распредели- 20 тель 13 импульсов поочередно поступают на входы вычитания реверсивных счетчиков 14 и 15 и на суммирующий вход реверсивного счетчика 6. Когда состояние реверсивного счетчика 6 станет равным нулю, дешифратор 9 запретит прохождение импульсов через элементы И 7 и 8. Таким образом, в старших разрядах реверсивного счетчика 4 будет записано число, соответствующее скорости перемещения датчика 1, а в реверсивных счетчиках 14 и 15 в каждый период Т

15

25

счетчиках 14 и 15, отличаются не более чем „п будут записаны числа, сумма которых соот- в текущий момент времени ветствует текущему положению датчика 1.

на единицу (фиг. 3).

Кроме того, эти импульсы поступают на суммирующий счетный вход реверсивного счетчика 12, увеличивая находящееся в нем число.

По сигналу с выхода элемента 20 задержки (который сдвинут на 1-2 Т от начала периода) происходит перезапись числа из старших разрядов реверсивного счетчика 4 в реверсивный счетчик 6.

Если это число не равно нулю, то дешифратор 9 вырабатывает единичный сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 17 импульсов через элемент И 7 при единичном состоянии триггера 5. Импульсы с выхода элемента И 7 через элемент ИЛИ-НЕ 10 и распределитель 13 поступают поочередно на суммирующие счетные входы реверсивных счетчиков 14 и 15. Одновременно импульсы с выхода элемента И 7 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6. Когда число в реверсивном счетчике 6 станет равным нулю, дешифратор 9 запрещает прохождение импульсов через элементы И 7 и 8. Если число импульсов, поступающих каждый период, соответствует величине перемещения датчика 1 за период, то на выходе датчика 1 сигнал рассогласования равен нулю. При уменьшении положительной скорости перемещения датчика 1 или при отрицательном перемещении возникает отрицательное рассогласование.

Широтно-импульсный модулятор 16 работает следующим образом. В момент поступления импульса переполнения с выхода делителя 18 частоты схема записи, состоящая 35 из элементов НЕ 30, 2И-НЕ 29, D-тригге- ров 27 и 28, формирует импульс, по которому происходит перезапись числа (за исключением младшего разряда), хранящегося в счетчике 14, в счетчики 25 и 26. Состоя- 40 ние младшего разряда фиксируется при этом в триггере 36, а состояние младшего разряда реверсивного счетчика 15 - в триггере 35.

В следующем полупериоде тактовой частоты число (за исключением младшего раз- 45 ряда), хранящееся в счетчике 15, записывается в счетчики 23 и 24. На счетные входы счетчиков 23 и 25 тактовая частота подается непосредственно с выхода элемента НЕ 30 (фиг. 5) на счетные входы счетчиков 24 и 26 через элементы НЕ 32 и 31 (фиг. 5).

Мультиплексоры 33 и 34, управляемые младшими разрядами счетчиков 15 и 14, осуществляют коммутацию 2 старших разрядов счетчиков 23-26 таким образом, что при перемещении датчика 1 на одну дискрету выходные сигналы мультиплексоров 33 и 34 смещаются друг относительно друга на полпериода тактовой частоты, что в конечном итоге приводит к изменению на такую же

50

55

Фазочувствительный формирователь 3 выдает импульсы, которые поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 4, а через элемент ИЛИ-НЕ 11 и распределитель 13 импульсов поочередно поступают на входы вы- ® читания реверсивных счетчиков 14 и 15.

Когда состояние старших разрядов реверсивного счетчика 4 станет равным нулю, а сумма чисел, хранящихся в реверсивных счетчиках 14 и 15, будет соответствовать 0 положению датчика 1, сигнал рассогласования на выходе датчика 1 будет равен нулю.

При отрицательном перемещении датчика 1 импульс переполнения реверсивного счетчика 4 устанавливает триггер 5 в «О. По сигналу с выхода элемента 20 задержки число из реверсивного счетчика 4 заносится в реверсивный счетчик 6, дешифратор 9 выдает разрешение прохождению импульсов генератора 17 через элемент И 8, которые через элемент ИЛИ-НЕ 11 и распредели- 0 тель 13 импульсов поочередно поступают на входы вычитания реверсивных счетчиков 14 и 15 и на суммирующий вход реверсивного счетчика 6. Когда состояние реверсивного счетчика 6 станет равным нулю, дешифратор 9 запретит прохождение импульсов через элементы И 7 и 8. Таким образом, в старших разрядах реверсивного счетчика 4 будет записано число, соответствующее скорости перемещения датчика 1, а в реверсивных счетчиках 14 и 15 в каждый период Т

5

5

п будут записаны числа, сумма которых соот- ветствует текущему положению датчика 1.

Широтно-импульсный модулятор 16 работает следующим образом. В момент поступления импульса переполнения с выхода делителя 18 частоты схема записи, состоящая 5 из элементов НЕ 30, 2И-НЕ 29, D-тригге- ров 27 и 28, формирует импульс, по которому происходит перезапись числа (за исключением младшего разряда), хранящегося в счетчике 14, в счетчики 25 и 26. Состоя- 0 ние младшего разряда фиксируется при этом в триггере 36, а состояние младшего разряда реверсивного счетчика 15 - в триггере 35.

В следующем полупериоде тактовой частоты число (за исключением младшего раз- 5 ряда), хранящееся в счетчике 15, записывается в счетчики 23 и 24. На счетные входы счетчиков 23 и 25 тактовая частота подается непосредственно с выхода элемента НЕ 30 (фиг. 5) на счетные входы счетчиков 24 и 26 через элементы НЕ 32 и 31 (фиг. 5).

Мультиплексоры 33 и 34, управляемые младшими разрядами счетчиков 15 и 14, осуществляют коммутацию 2 старших разрядов счетчиков 23-26 таким образом, что при перемещении датчика 1 на одну дискрету выходные сигналы мультиплексоров 33 и 34 смещаются друг относительно друга на полпериода тактовой частоты, что в конечном итоге приводит к изменению на такую же

0

5

величину ширины импульсов питания датчика 1.

Схема совпадения, построенная на элементах 37-42, вырабатывает импульсы за- питки синусоидальной обмотки датчика, схема совпадений, построенная на элементах 45, 46, 43 и 44, вырабатывает импульсы за- питки косинусоидальной обмотки датчика.

Рассмотрим работу схемы совпадения (элементы 37-46). Пусть абсолютное смещение головки индуктосина относительно линейки равно нулю. В этом случае ключ 43 в первом полупериоде открыт на прием тока, а во втором - на передачу, а ключ 44 - наоборот (фиг. 6). Амплитуда тока, протекающего по косинусной обмотке, максимальна. Ключи 41 и 42 в течение всего периода работают на передачу, поэтому ток по синусной обмотке не протекает. При смещении головки относительно линейки в датчике I амплитуда токов, протекающих по косинусной и синусной обмоткам, меняется по периодическому закону.

Таким образом, изменение ширины импульсов питания при перемещении на одну дискрету происходит за счет смещения одного из фронтов импульсов питания на полпериода тактовой частоты, тогда как у известного преобразователя - за счет смещения одного из фронтов импульсов питания на период тактовой частоты. При этом разрешающая способность преобразователя по сравнению с известным увеличивается в 2 раза без снижения несущей частоты питания датчика, что позволяет повысить и точность измерения в 2 раза по сравнению с известным преобразователем.

Формула изобретения

1. Преобразователь перемещения в код, содержащий синусно-косинусный датчик, выход которого через полосовой усилитель соединен с первым входом фазочувствитель- ного формирователя импульсов, второй вход которого подключен к одному выходу первого элемента задержки, а выходы соединены с соответствующими входами первого реверсивного счетчика, первый и второй выходы которого через триггер соединены с первыми входами первого и второго элементов И, выход генератора импульсов опорной частоты соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, первым входом широтно-импульсного модулятора и с входом делителя частоты, выход которого соединен с входами первого и второго элементов задержки, выход второго элемента задержки соединен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, установочные входы которого подключены к выходам старших разрядов первого реверсивного счетчика, а выходы через дешифратор соединены с третьими входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены с счетными входами второго реверсивного счет

5

чика, выход делителя частоты соединен с вторым входом широтно-импульсного модулятора, выходы которого соединены с входами синусно-косинусного датчика, третий реверсивный счетчик, входы и выходы которого являются выходами преобразователя, четвертый реверсивный счетчик, выход которого соединен с третьим входом широтно-импульсного модулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены два элемента ИЛ И-НЕ, пятый реверсивный счетчик, распределитель импульсов, а широтно-импульсный модулятор содержит четыре реверсивных счетчика, четыре триггера, семь элементов НЕ, два мультиплексора, два элемента ИСКЛЮЧАЮ ШЕЕ ИЛИ, пять элементов И-НЕ, информационные D-входы первого триггера и первого и второго реверсивных счетчиков модулятора объединены и являются третьим входом модулятора, информационные D-входы

0 второго триггера и третьего и четвертого реверсивных счетчиков модулятора объединены и являются четвертым входом модулятора, R-входы реверсивных счетчиков модулятора соединены с общей шиной, С-входы первого и второго триггеров и первого и второго реверсивных счетчиков модулятора объединены и являются первым его входом, вход первого элемента НЕ является вторым входом модулятора, а выход соединен с одним входом первого элемента И-НЕ, со счетными входами сложения и вычитания соответственно третьего и первого реверсивных счетчиков модулятора непосредственно и через второй и третий элементы НЕ - со счетными входами сложения и вычитания соответственно четвертого и второго реверсивных счетчиков модулятора, выход первого элемента И-НЕ соединен с С-входами третьего и четвертого реверсивных счетчиков модулятора и с С-входом третьего триггера, выход которого соединен с R-входом четвертого триггера, выход которого соединен с

0 другим входом первого элемента И-НЕ, С-вход четвертого триггера соединен с R-входом третьего триггера и с С-входом второго реверсивного счетчика модулятора, управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами соответственно первого и второго триггеров, два старших разряда первого и второго реверсивных счетчиков соответственно попарно соединены с первой и второй группами информационных входов первого мультиплексора, два старших разряда третьего и четвертого реверсивных счетчиков соответственно попарно соединены с первой и второй группами входов второго мультиплексора, выходы первого и второго мультиплексоров соединены с входами первого и второго

5 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соответственно, выходы которых непосредственно соединены с одними входами второго и третьего элементов И-НЕ соответственно и через четвертый и пятый элементы НЕ - с

0

5

5

0

16

7

другими входами третьего и второго элементов И-НЕ соответственно, выходы которых являются одним выходом широтно-им- пульсного модулятора, первые выходы первого и второго мультиплексоров непосредственно соединены с одними входами четвертого и пятого элементов И-НЕ соответственно и через шестой и седьмой элементы НЕ с другими входми пятого и четвер- toro элементов И-НЕ соответственно, выходы Которых являются другими выходами модулятора, одни входы элементов ИЛИ-НЕ соединены с соответствующими выходами фазочувствительного формирователя импульсов, другие - с выходами соответствующих элементов И, а выходы - с соответствующими входами третьего реверсивного счетчика и распределителя импульсов, выходы которого попарно соединены с соответ

0

5

8

ствующими входами четвертого и пятого реверсивных счетчиков, выход пятого реверсивного счетчика соединен с четвертым входом широтно-импульсного модулятора.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что распределитель импульсов содержит счетчик и дешифратор, инкримент- ный и декриментный входы счетчика являются входами распределителя и соединены с первым и вторым входами дешифратора, первый вход управления которого соединен с выходом младшего разряда счетчика, а второй вход управления, вход разрешения выборки дешифратора и вход сброса счетчика соединены с общей шиной, первые и вторые выходы первой и второй групп выходов дешифратора являются попарными выходами распределителя импульсов.

ИХ

u

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения перемещения в станках с ЧПУ. В преобразователь с целью повышения его точности за счет повышения разрешающей способности, содержащий СКД, полосовой усилитель, фазочувстви- тельный формирователь импульсов, четыре реверсивных счетчика, триггер, два элемента И, дешифратор, , ШИМ, генератор импульсов опорной частоты, делитель частоты, два элемента задержки, введены пятый реверсивный счетчик, два элемента ИЛ И-НЕ, распределитель импульсов, а также приведено новое выполнение, ШИМ. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

фи. 2.

Вых.элНГ Вых. за. HI 32,31

Вых.эл.ЗЗ Вш. эл. 34 Вых. эп. 33 Вых.эл.34

iS i ° -/ 2. 3 45 6 f 8 -У SO У/ & 4 l

i

wfouod I зУМ L

ТЛГЦ- J LTLJT

Фиг.5

LTLTU