Реверсивный импульсный датчик угловых перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления для измерения угловых перемещений валов различных устройств и механизмов.

Цель изобретения - повышение точности за счет повышения помехоустойчивости при угловых вибрациях и любых режимах вращения кодирующего элемента и упроще- ние датчика.

На фиг.1 представлена блок-схема реверсивного импульсного датчика угловых перемещений; на фиг.2 - временные диаграммы.

Датчик содержит два считывающих элемента 1 и 2, например оптопзры, состоящие из излучателей 3, 4, связанных оптически через кодирующий элемент 5 с фотоприемниками 6, 7, подключенными соответственно к усилителям-формирователям 8, 9, четыре трехвходовых элемента И-НЕ 10-13 с одним инверсным входом, два RS-тригге- ра 14 и 15. D-триггер 16 и два двухвходовых элемента И-НЕ 17 и 18. Прямой выход усилителя-формирователя 8 соединен с прямыми входами элементов И-НЕ 11 и 12 и инверсным входом элдементг И-НЕ 13, инверсный выход усилителя-формирователя 8 соединен с прямыми входами элементов И- НЕ 10 и 13 и инверсным входом элемента И-НЕ 11, прямой выход усилителя-формирователя 9 соединен с прямыми входами элементов И-НЕ 10 и 12, инверсный выход - с инверсными входами элементов И-НЕ 10 и 12 и прямыми входами элементов И-НЕ 11 и 13. Выходы элементов И-НЕ 10 и 11 соединены соответственно с R- и S-входами RS-триггера 14, выходы элементов И-НЕ 12 и 13 соединены соответственно с S- и R-вхо- дами RS-триггера 15. Выходы RS-триггеров 14 и 15 соединены соответственно с D- и С-входами D-триггера 16, прямой выход D- триггера соединен с первым входом элемента И-НЕ 17, инверсный выход - с первым входом элемента И-НЕ 18, вторые входы элементов И-НЕ 17 и 18 соединены с выходом RS-триггера 15. Выход элемента И-НЕ 17 является прямым выходом датчика, а выход элемента И-НЕ 18 является реверсивным выходом датчика.

Устройство работает следующим образом.

При вращении кодирующего элемента 5

модулируется световой поток излучателей 3, 4, поступающий на фотоприемники 6, 7, сигналы с которых усиливаются соответственно усилителями-формирователями 8 и 9, на

выходе которых формируется последовательность импульсов прямоугольной формы, представленных в прямом и инверсном виде. Импульсы с усилителей-формировате- ле 8, 9 сдвинуты по фазе друг относительно

друга на 90°, причем при вращении кодирующего элемента в прямом направлении(по часовой стрелке) импульсы с усилителя-формирователя 9 отстают от импульсов с усилителя-формирователя 8 и наоборот.

При вращении кодирующего элемента в прямом направлении на прямом выходе Q RS-триггера 14 формируются импульсы, повторяющие импульсы канала а усилителя- формирователя 8, а на инверсном выходе

Q - импульсы канала а, причем на прямом выходе СИ триггера 15 формируются импульсы, повторяющие импульсы канала b усилителя-формирователя 9, а на инверсном Qi - импульсы канала Ь.

При этом на вход D-триггера 16 поступают импульсы с прямого выхода Q RS-триггера 14, а на вход С триггера 16 поступают импульсы с прямого выхода Qi RS-триггера 15, причем состояние входа D переносится

на выход Cte в момент появления переднего (положительного) фронта импульса на входе С D-триггера 16 и затем остается неизменным на выходе Q2 до изменения направ/ie- ния вращения кодирующего элемента на

обратное. Ложные сигналы, имеющие место при угловых вибрациях кодирующего элемента, на выходе триггера 14 не появляются.

После прохождения положительного

фронта импульса на входе С изменение сигнала Q на входе D уже не переносится на выход Q2, даже если на входе С еще имеется состояние логического О или логической 1, что объясняется свойствами, присущими D-триггеру. Так как в момент прохождения переднего фронта импул г л на вход С D-триггера 16 на его втором входе D присутствует сигнал Q в виде логической 1, на его прямом выходе Q2 также будет сигнал в виде логической 1, который разрешает прохождение импульсов с выхода Qi RS- триггера 15 через элемент И-НЕ 17 на выходную клемму датчика и далее на внешнее устройство например на вход сложения реверсивного счетчика.

Поскольку на инверсном выходе Q2 D- триггера 16 присутствует сигналов логического О, импульсы с прямого выхода Qi RS-триггера 15 через элемент И-НЕ 18 на выход не проходят.

При вращении кодирующего элемента 5 в обратном направлении (против часовой стрелки) на прямом выходе Q RS-триггера 14 формируются импульсы, повторяющие импульсы канала Ь, а на инверсном Q - импульсы канала b усилителя-формирователя 9, причем на прямом выходе Qi RS- триггера 15 формируются импульсы, повторяющие импульсы канала а, а на инверсном Qi - импульсы канала а усилителя- формирователя 8. При этом в момент прохождения переднего фронта импульса на вход С D-триггера 16 на входе D присутствует сигнал логического О. При этом состояние входа D триггера 16 переносится на его выход Qa и остается неизмененым до изменения направления вращения на прямое. В результате на прямом выходе Q2 D- триггера 16 будет логический О, а на инверсном-сигнал логической 1, который разрешает прохождение импульсов с прямого выхода Qi RS-триггера 15 через элемент И-НЕ 18 на обратный выход датчика и далее на внешнее устройство, например на вход вычитания реверсивного счетчика. Одновременно сигнал логического О на выходе Qa D-триггера 16 запрещает прохождение импульсов через элемент И- НЕ 17 с выхода Qi RS-триггера 15 на вход сложения реверсивного счетчика.

При наличии помех, вызываемых малыми скоростями вращения кодирующего элемента или угловыми вибрациями, помехи проявляются на фронтах импульсов, формируемых усилителями-формирователями, в виде ложных сигналов (дребезг) и из-за неустойчивого сигнала на выходе фотоприемников, когда один из них находится в полуосвещенном (полузатемненном) состоянии, что приводит к формированию усилителями-формирователями пачек импульсов, вместо желаемого одиночного импульса или перепаде потенциала. Помехоустойчивость датчика достигается за счет соответствующих связей элементов И-НЕ, D- и RS-триг- геров.

В момент времени ti при комбинации сигналов на входах элемента И-НЕ 10: на

5 прямых входах а 1, Ь 1, инезрсномЪ - О, а на прямых входах И-НЕ 11 , , инверсном ,на R-входе RS-триггера 14 присутствует сигнал логического О, на S-входе - сигнал логической 1, на прямом выходеJp 0 сигнал логического О, а на инверсном Q - логическая 1. При этом триггер устанавливается в это состояние первым же перепадом на R-входе. Последующие изменения перепадов потенциала на его R-входе в мо5 Тйент времени ti не вызывают изменения состояния триггера, а следовательно, ложные сигналы, имеющие место при угловых вибрациях модуляционного диска 3, на выходе триггера 12 не появляются.

0 Состояниетриггера 14 не изменяется до момента времени, при наступлении которого на входах элемента И-НЕ 11 появится следующая комбинация сигналов: на прямых входах , и инверсном . При

5 этом на R-exoyje триггера 14 будет логическая 1, а на S-входе - логический О, триггер 14 первым же перепадом потенциала на его S-входе перебрасывается в противоположное состояние, при котором на его пря0 мом выходе Q 1, а на инверсном Q 0. Триггер 12 сохраняет свое состояние до того момента времени, пока вновь не повторится комбинация сигналов на входах элемента И-НЕ , ..

5 В момент времени ti при комбинации сигналов на входах элемента И-НЕ 12 прямых , , инверсном , а на входах И-НЕ 13 , , на S- и R-входах триггера 14 присутствуют сигналы логиче0 ской 1, но так как предыдущая комбинация сигналов на входах элемента И-НЕ 12 была , , а на входах элемента И-НЕ 13 , , , на R-входе триггера 15-логический О, на S-входе-логическая

5 J, на его прямом выходе , инверсном , то с момента времени ti триггер 15 сохраняет это состояние до момента времени Г2,когда на входах элемента И-НЕ , , . При этом на R-входе RS-триггера

0 15 присутствует сигнал логического О, на -S-входе-логическая 1, на прямом выходе Qi - логический О, а на инверсном Qi - логическая 1. Триггер 15 устанавливается в это состояние первым же перепадом по5 тенциэла на его R-входе, последующие перепады потенциалов на этом входе в момент времени т.2 не вызовут изменения его состояния, а следовательно, ложные импуль.сы, вызванные угловыми вибрациями модуляционного диска, на выходе триггера 15 не

появляются. Состояние триггера 15 не изменяется до момента времени t4, при наступлении которого на входах элемента И-НЕ 12 .,.

При этом на R-входе триггера 15 появится логическая 1, на S-входе - логический О, триггер перебрасывается в состояние, при котором нашего прямом выходе , a на инверсном . Триггер сохраняет свое состояние до момента времени, пока вновь не повторится комбинация сигналов на входах элемента И-НЕ 12: , , , а на входах элемента И-НЕ 13 , , .

При вращений модуляционного диска 3 в обратном направлении помехоустойчивость датчика к угловым вибрациям осуществляется аналогичным образом.

Формула изобретения Реверсивный импульсный датчик угловых перемещений, содержащий кодирую-, щий элемент, два считывающих элемента, установленные с перекрытием зон срабатывания, и два RS-трйггера, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения, он снабжен четырьмя трехвхо- довыми элементами И-НЕ с одним инверсным входом, двумя двухвходовыми элементами И-НЕ, D-триггером и двумя усилителями-формирователями, каждый из которых соединен с соответствующим считывающим элементом, прямой выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым прямым входом второго элемента И-НЕ, первым прямым входом третьего элемента И-НЕ и инверсным входом четвертого элемента И-НЕ, инверсный выход первого усилителя-формирователя соединен с первым прямым входом первого элемента И-НЕ, инверсным входом второго элемента И-НЕ и вторым прямым входом

четвертого элемента И-НЕ, прямой выход второго усилителя-формирователя соединен с вторыми прямым входами первого и третьего элементов И-НЕ, инверсный выход второго усилителя-формирователя соединен с инверсными входами первого и третьего элементов И-НЕ и первыми прямыми входами четвертого и второго элементов И-НЁ, выходы первого и второго элементов И-НЕ соединены соответственно с R- и S-входами первого RS-триггера, выходы третьего и четвертого элементов И- НЕ соединены соответственно с S- и R-вхо- дами второго RS-триггера, выход которого соединен с С-входом D-триггера и первыми

входами двухвходовых элементов И-НЕ, D- вход D-триггера соединен с выходом первого RS-триггера, его прямой выход-с вторым входом первого двухвходового элемента И-НЕ, инверсный выход D-триггера соединен

с вторым входом второго двухвходового элемента И-НЕ, а выходы двухвходовых элементов И-НЕ являются выходами датчика.

fy

MjlirLTLTL.

.5 тлпгиг

tUTJirLTL fl nJTJTJir

5 |лггппг

5 ППППП , ю ППППГ

// ппгиппг t f Jq tтитгиги j ЧЧТЛ-Гъггп

fTfctUTrLriJL 7Ч ЛГи1ПГ

g4J

ЦРт

/5 tHJlTLTLT t

16 fJ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления для измерения угловых перемещений валов различных устройств механизмов. Цель изобретения состоит в повышении точности за счет повышения помехоустойчивости при угловых вибрациях и малых скоростях вращения вала. При вращении модуляционного диска 5 модулируется световой поток излучателей 3 и 4, поступающий на фотоприемники 6 и 7, сигналы с которых усиливаются соответственно усилителями-формирователями 8 и 9, на выходе которых формируется последовательность импульсов прямоугольной формы, представленных в прямом и инверсном видах и сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90°. При соответствующих комбинациях прямых и инверсных сигналов на входах элементов И-НЕ 10-13 на их выходе формируются сигналы, управляющие состоянием RS-триггеров 14 и 15. Соответствующее соединение элементов И-НЕ 10-13 с усилителями-формирова- телями 8, 9 и триггерами 14, 15 позволяет получать на выходе последних сигналы, повторяющие импульсы с усилителей-формирователей 8, 9, отфильтрованные отложных импульсов, появляющиеся при угловых вибрациях или малых скоростях вращения вала. Сигналы с прямых выходов US-триггеров 14/ 15 управляют работой D-триггера 16. который распознает направление вращения вала по входным импульсам, поступающим с триггеров 14. 15, в зависимости от того, какой из них отстает по фазе относительно другого-, и меняет свое состояние при смене направления вращения вала. Прямой и ин(Л С