Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/30 

Изобретние относится к области автоматического регулирования и может быть использовано для согласования датчиков и исполнительных механизмов поворотного типа с управляющими ЭВМ.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема фотоэлектрического преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - взаимное расположение рисок кодовой шкалы, рисок модуляционной диафрагмы и фотоприемников; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код содержит вал 1, подшипник 2, измерительный диск 3, на котором нанесены N оптически прозрачных рисок 4, модуляционную диафрагму 5, на которой нанесены N±1 оптически прозрачных рисок 6. кольцевой источник 7 света, М

фотоприемников 8, М суммирующе-вычитающих блоков 9, каждый из которых выполнен в виде операционного усилителя 10 и регистров 11-15, М усилителей-ограничителей 16, шифратор 17 и выход 18.

На фиг. 2 приведен фрагмент проекции рисок измерительного диска 3 и модуляционной диафрагмы 5 и апертура фотоприемников преобразователя, в котором число рисок измерительного диска 3 по соображениям их графического представления ограничено числом N 33 (в реальных преобразователях это число может доходить до нескольких тысяч). На этом фрагменте общее число фотоприемников М равно восьми, их обозначениям дополнительно присвоены индексы в соответствии с выходным кодом преобразователя, а рискам 4 измерительного диска 3 и рискам 6 модуляционной диафрагмы 5, совпадающим с апертурами фотоприемником 8-0, 8-1. 8-2 ....

о сл ioo

GO

И

присвоены индексы соответствующих фотоприемников 8, например риска 6-1 модуляционной диафрагмы 5, совпадающая с фотоприемником 8-1.

Все углы измеряются относительно оси ОУ по часовой стрелке. Угловое положение рисок 4 и фотоприемников 8 определяется угловым положением отрезков прямой, проходящих через центр 0 и середины соответствующих рисок 4, 6 и фотоприемников 8.

На схеме середина нулевого фотоприемника 8-0 лежит на оси ОУ и следовательно его угловое положение является нулевым, а угловые положения фотоприемников 8-1, 8- 2, 8-3..., как равномерно расположенные по окружности, составляют соответственно

о 1П а 0 2Я о т 2Л

fc-2 -м- # -3 м;-

Эти же значения угловых положений имеют и риски 6-0, 6-1, 6-2..., как совпадающие с соответствующими им фотоприемниками 8- 0, 8-1,-8-2..,

В рассматриваемом преобразователе измерение углового положения а входного вала 1 определяется угловым положением нулевой риски 4-0 измерительного диска. При этом грубому отсчету а го измеряемого угла а соответствует число угловых пе- риодов следования рисок 4 измерительного диска 3 сгп, содержащихся в угле, ограниченном риской 4-0 измерительного диска 3 и ближайшей от оси ОУ риской 4 измерительного диска 3, а точному отсчету а то число долей периода а п, содержащихся в угловом положении ближайшей от оси ОУ риски 4 измерительного диска 3.

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

На фиг. 2 положение измерительного диска 3 соответствует нулевому углу поворота входного вала 1, так как середина его нулевой риски 4-0 совпадает с осью ОУ. При этом риска 4-0 измерительного диска совпадает с риской 6-0 модуляционной диафрагмы.

Измерительный диск 3 содержит N рисок 4, а модуляционная диафрагма 5 N-1 равномерно расположенных по окружности рисок 6, и поэтому при совпадении риски 4-0 измерительного диска 3 и риски 6-0 модуляционной диафрагмы 5 следующая риска 5 измерительного диска 3 отстает от следующей риски 6 модуляционной диафрагмы 5 на величину Л, равную разности

0

5

угловых периодов следования рисок 4 и 6 модуляционной диафрагмы 5 и измерительного диска 3, а отставание последней риски 4 измерительного диска 3 от последней риски 6 модуляционной диафрагмы 5 (уже совпадающей с ее риской 4-0) составляет период следования рисок 4 измерительного диска 3 а п. Но номер рисок 6 модуляционной диафрагмы 5 однозначно определяет их угловое положение fi и поэтому величина у отставания рисок 4 измерительного диска 3 от соответствующих им по номеру рисок модуляционной диафрагмы 5 изменяется линейно от нуля до or п при изменении углового положения fl от нуля до 2л и в общем случае, с учетом того,

2я что ап - . определяется как

N 0R ft

V 2п - L- 7 2л: N

При совпадении риски 4-0 измерительного диска 3 с риской 6-0 модуляционной 5 диафрагмы бис учетом угловых положений рисок 6-1, 6-2, 6-3... отставание рисок 6-1, 6-2, 6-3 ... модуляционной диафрагмы 5 составляет

0 Vi-bL vp-2-2- ) 2NM NMШирина д рисок 4 измерительного диска 3 и рисок 6 модуляционной диафрагмы 5 В выбрана одинаковой и равной у, т.е.

д

2п

N-M

в результате чего, как это изображено на схеме рис.2, при совпадении рисок 4-0 измерительного диска 3 и 6-0 модуляционной диафрагмы 5, риска 4-1 касается риски 6-1, зазор между рисками 4-2 и 6-2 составляет

величину (5, зазор между рисками 4-3 и 6-3 равен 2д и т.д.

Таким образом, при нулевом угле а входного вала 1 преобразователя только риски 4-0 и 6-0 имеют площадь их перекрытия,

и световой поток от кольцевого источника 7 проходит через эти риски 4-0 и 6-0 и поступает на вход фотоприемника 8-0. При этом на выходе фотоприемника 8-0 возбуждается электрический сигнал Uo, а сигналы на выходах остальных фотоприемников Ui, , Кз ... отсутствуют (на диаграмме фиг. 3 эти сигналы положительны). В отсутствии сигналов Ui и U на вычитающих входах суммирую- ще-вычитэющего блока 9, сигнал Do npoxoдит блок 9, нормирующий усилитель-ограничитель 16 и поступает на нулевой вход шифратора 17, где преобразуется в цифровой код нулевого значения.

При повороте входного вала 1 на угол

Оп.,

а, равный - , т.е. на М-ю долю периода М

следования рисок 4 измерительного диска 3, и равный в свою очередь ширине д рисок 4 измерительного диска 3 и рисок 6 модуляционной диафрагмы 5. риска 4-0 опережает риску 6-0 на д, риски 4-1 и 6-1 совпадают, риска 4-2 отстает от риски 6-2 на д, риска 4-3 отстает от риски 6-3 на 2 6 и т.д., в результате чего световой поток от источника 7 проходит через риски 4-1 и 6-1 и поступает на вход фотоприемника 8-1, а его выходной сигнал Ui через блок 9 и усилитель 16 формирует на выходе шифратора 17 цифровой код единичного значения. Аналогично при повороте вала 1 на угол

2 -- совпадают риски 4-2 и 6-2 и выходной

М

сигнал U2 фотоприемникэ 8-2 формирует цифо ап

ровои код, равный двум, углу 3 - соответМ

ствует цифровой код, равный трем и т.д. В общем случае, когда угол поворота

,,On

вала 1 не кратный величине - происходит

М

частичное перекрытие одной из рисок 4 измерительного диска 3 и одной из рисок 6 модуляционной диафрагмы 5, соответствующих двум соседним фотоприемникам 8, и на их выходах возникают сигналы, значения которых меньше максимальных. В этом случае выходной цифровой код формируется по большему из выходных сигналов фотоприемников 8 оо результатам их сравнения в суммирующе-вычитающих блоках 9, для чего эти сигналы поступают на их суммирующие и вычитающие входы с одинаковыми коэффициентами их передачи по всем входам. Так, например, если входной угол а

ближе к

лежит в пределах от -- до 2 -

ММ

значению

От, М

площадь перекрытия рисок

4-1 и 6-1 больше площади перекрытия рисок 4-2 и 6-2, то на вход фотоприемника 8-1 проходит больший световой поток, чем на вход фотоприемника 8-2 и поэтому выходной сигнал Ui фотоприемника 8 будет больше сигнала 1)2 фотоприемника 8-2.

Сигнал U подается на суммирующий вход блока 9-1 и на вычитающий вход блока

9-2, а сигнал 1)2 - на вычитающий вход блока 9-1 и суммирующий вход блока 9-2. Так как при этом сигналы Do и Кз отсутствуют, то выходной сигнал блока 9-1, как разность

между сигналами Ui и U2. будет положительным, а выходной сигнал блока 9-2, как разность между сигналами U2 и Ui - отрицательным. Положительный сигнал с выхода блока 9-1 нормируется усилителем 16-1 и

0 кодируется шифратором 17 в единичное значение выходного кода.

Таким образом, независимо от угла поворота вала 1 его значение однозначно кодируется цифровым кодом с погрешностью.

Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь

угла поворота вала в код, содержащий последовательно расположенные и оптически соединенные кольцевой источник света, измерительный диск, модуляционную диафрагму и М фотоприемников, расположенных

равномерно по окружности, на измерительном диске расположены N оптически прозрачных рисок, расположенных равномерно по окружности, на модуляционной диафрагме расположены N±1 оптически прозрачных

рисок, расположенных равномерно по окружности, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения преобразователя, в него введены М суммирующе-вычитающих блоков, М усилителей-ограничителей и шифратор, угловой размер б оптически прозрачных рисок выбран из соотношения

40

д (1 - 1,5)

360 N-M

выход каждого фотоприемника соединен с суммирующим входом соответствующего суммирующе-вычитающего блока, первый вычитающий вход которого подключен к выходу предыдущего по расположению фотоприемника, второй вычитающий вход подключен к выходу последующего по расположению фотоприемника, выходы сум- мирующе-вычитающих блоков соединены через соответствующие усилители-ограничители с входами шифратора, выходы которого являются выходами преобразоваТ6ЛЯ

18

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для согласования датчиков и исполнительных механизмов поворотного типа с управляющими ЭВМ. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение преобразователя. Для этого в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кольцевой источник света, измерительный диск, модуляционную диафрагму, М фотоприемников, на измерительном диске расположены N оптически прозрачных рисок, на модуляционной диафрагме расположены W±1 оптически прозрачных рисок, введены М суммирующе-вычитающих блоков, М усилителей-ограничителей и шифратор. Поставленная цель достигается за счет формирования сигналов от фотоприемников на выходе суммирующе-вычитающих блоков меньшей длительности, чем на выходе фотоприемников. 3 ил.

Фиг.1

(

Г,6

Фиг. 2

Фиг.з