Многооборотный преобразователь угол - код Советский патент 1992 года по МПК H03M1/26 

Изобретение относится к устройст- вам автоматического контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.

Известен комбинированный датчик . отвре п1 ельного и абсолютного положения, содержащий растровый диск, установленный на входном валу, и кодовые диски, кинематически связанные последовательно между собой и входным валом через редукторы. Считывающие элементы, установленные возле кодовых дисков, соединены с преобразователем параллельного кода в последовательность

импульсов. В данном датчике параллельный код преобразуется в последовательность импульсов с целью сокращения числа линий передачи кода. Младшие разряды кода абсолютного положения формируются путем обработки сигналов растрового диска, а старшие разряды кода абсолютного положения формируются путем восстановления параллельного кода из последовательности импульсов, получаемых с преобразователя кода.

Известен фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений в код, содержащий первый, с дорожками измесоto

со

рительного растра и индексных меток,, и второй диски, кинематически связанные между собой с помощью редуктора, расположенные по разные стороны информа- ционных дорожек дисков осветители и фотоприемники, выходы которых подключены к формирователям, блок определения направления вращения, который / подключен к первым двумя формировате- J лям, а своими выходами - к суммирующим и вычитающим входам реверсивного счетчика, блок управления, к входам которого подключены остальные формирователи , а выход соединен с входом 1 сброса реверсивного счетчика.

Недостатком данного преобразователя является малое количество контрольных точек, предельное количество :.- которых для данной конструкции преобра зователя равно количеству фотоприемников, размещенных рядом друг с другом на неподвижном диске - держателе, на радиусе, равном радиусу расположения модуляционных меток в виде проре-2 зей. При увеличении количества контрольных точек прямо пропорционально увеличивается также количество фотоприемников и осветителей, что снижает надежность преобразователя.

Цель изобретения - повышение функциональной надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в многооборотный преобразователь - угол - код, содержащий первый диск, на котором выполнены равномерно квантованная измерительная шкала и шкала индексных меток, первый диск через редуктор кинематически соединен с вторым диском, первый и второй считывающие элементы, установленные против равномерно квантованной измерительной шкалы первого диска со сдвигом друг относительно друга на четверть периода квантования этой шкалы, третий считывающий элемент, установленный против шкалы индексных меток,- четвертый считывающий элемент, выходы считывающих элементов соединены с входами одноименных формирователей импульсов, выходы первого и второго формирователей импульсов соедиены соответственно с первым и вторым входами блока определения направления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика, выходы которого являются первой группой выходов преобразователя, введе

5

0

ны блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а на втором диске выполнена шкала индексных меток, четвертый считывающий элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска, выход четвертого формирователя соединен с первым входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом записи второго реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающие входы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам блока синхронизации, выход третьего формирователя соединен с вторым входом блока синхронизации и с установочным входом первого реверсивного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго реверсивного счетчика, выходы которого являются второй группой выходов преобразователя, первый и второй выходы блока определения : направления соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока синхронизации. Сопоставительный анализ предлагаемого решения с известным показывает, ито предлагаемое устройство отличается тем, что в него введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а на втором диске выполнена шкала индексных меток, четвертый считывающий элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска, выход четвертого формирователя соединен с первым входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с .входом записи второго реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающие входы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам блока синхронизации, выход третьего формирователя соединен с вторым входом блока синхронизации и с установочным входом первого реверсивного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго реверсивного счетчика, выходы -которого являются второй группой выходов преобразователя, первый и второй выходы блока определения направления соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока синхронизации.

На фиг.1 приведена функциональная схема многооборотного преобразователя угол - код; на фиг. 2 - функциональная схема блока синхронизации; на фиг. 3 - диск; на фиг. Ц - временные

диаграммы, поясняющие работу преобразователя .

Многооборотный преобразователь угол - код содержит первый диск 1, закрепленный на валу 2 и содержащий равномерно квантованную измерительную шкалу 3 и шкалу k индексных меток 5. Первый диск 1 кинематически связан с вторым диском 6 через редуктор 7, при этом в качестве второго диска 6 можно использовать диск, идентичный первому диску 1, в котором использут ется только шкала 4 индексных меток 5.

.Осветители 8 и 9 через шкалу 3, а осветитель 10 через шкалу индексных меток 5 первого диска 1 оптически связаны соответственно с первым, вторым и третьим фотоприемниками 11- 13. При этом осветители 8 и 9 и соответствующие им фотоприемники 11 и 12 расположены с относительным сдвигом на четверть периода квантования измерительной шкалы 3.

Осветитель 1 оптически связан через шкалу Ц индексных меток 5 второго диска 6 с четвертым фотоприемником 15. Выходы первого-четвертого фотоприемников 11-15 соединены сорт- ветственно с первым, вторым, третьим и четвертым формирователями 16-19. Выходы первого и второго формирователей 16 и 17 соединены с соответствующими входами блока 20 опреде- ления направления, выходи которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика 21, вход сброса которого соединен с выходом треть его формирователя 18. Выход четвертого формирователя 19 соединён с первым входом блока 22 синхронизации, второй вход которого соединен с выходом третьего формирователя 18. Третий и четвертый входы блока 22 t синхронизации соединены с соответствующими выходами блока 20 опреде- ления направления. Первый, второй и третий выходы блока 22 синхрониза- ции соединены соответственно с вводом записи, суммирующими и вычитающими входами второго реверсивного счетчика 23, разрядные входы o opoго соединены с соответствующими раз- рядными выходами первого реверсивного счетчика 21. Разрядные выходы первого реверсивного: .; счетчика 21 являются младшими разрядными выходами мног оборотного преобразователя угол - код, старшими разрядными выходами которого являются раз- рядные выходы второго реверсивного счетчика 23.

Шкала 3 выполнена на первом диске равномерно квантованной, желательно чтобы число меток С на шкале 3 было равно С 2 где где п 0,1,2 ... . Шкала . выполнена на первом и втором дисках 1 и 6 и содержит К равнорасположенных индексных меток 5, при этом желательно, чтобы выполнялось условие К 2т, где т 0,1,2...

Редуктор 7 имеет передаточное отношение

. R

1 Г

причем знаменатель в выражении передаточного отношения редуктора есть максимальное число М контрольных точек преобразователя угол - код, т.е.

М R +.1,

где R , .с..

b 2 - коэффициент использования шкалы 3. где ,1,2,3.«.

Осветители 8, 9, 10 и 15, а также соответствующие им фотоприемники 11, 12, 13 и 1 предназначены для формирования импульсных синусов при вращении первого 1 и второго 6 дисков.

Формирователи 16, 17, 18 и 19 предназначены для формирования на своих выходах импульсных сигналов с логическими уровнями. Сдвиг фазы между импульсами на .выхода формирователей 16 и 17 равен 90°, а знак сдвига фазы определяется направлением вращения первого диска 1. Блок определения направления 20 предназначен для формирования на одном из своих выходов последовательности счетных импульсов в зависимости от знака фазового смещения входных импульсов. В первом реверсивном счетчике 21 формируются младшие разр яды кода абсолютного положения, а во втором реверсивном счетчике 23 - старшие разряды. V Разрядность S1 первого реверсивного счетчика 21 зависит от числа меток на равномерно квантованной шкале 3 и количества индексных меток 5 на шкале Ь.

Разрядность S2 второго реверсивного счетчика 23 зависит, кроме того, коэффициента Ь, т.е.

от

51 n 52 п га

m - а

Блок синхронизации 22 управляет работой второго реверсивного счетчика 23.

Блок синхронизации 22 содержит D-триггер 2b, RS-триггер 25, элемент 2И 26, элемент 27 задержки, первый и второй элементы ЗИ 28 и 29.

D-триггер 24 и элемент 2И 26 предназначены для выделения на первом выходе блока 22 синхронизации каждого импульса, поступающего на его первый вход, начиная с второго. D- триггер 2 в начальном состоянии об нулей.

RS-триггер 25, первый и второй элменты ЗИ 28 и 29 обеспечивают появ- ление импульсов на втором или третье выходах блока 22 синхронизации в момент появления импульса на втором его входе в зависимости от наличия -, импульсов на третьем или четвертом входе.

Элемент задержки 27 предназначен для запрещения прохождения первого ипульса, поступающего на второй вход, второй или третий выходы блока 22 синхронизации.

Многооборотный преобразователь угол - код работает следующим образом.

При подаче напряжения питания пер вый и второй реверсивные счетчики 21 23 обнулены/ При вращении вала 2 световой поток от осветителей 8 и 9 модулируется равномерно квантованной шкалой 3 первого диска 1 и попадает на фотоприемники 11 и 12. На их выходах и соответственно на выходах фомирователей 16 и 17 появляются две . импульсные последовательности логических сигналов, с относительным смещением (+90)-(-90)° . В зависимости о знака фазового смещения импульсы с выхода блока 20 определения направления поступают на суммирующий или вычитающий входы первого реверсивного счетчика 21 и, соответственно, на третий или четвертый входы блока 22 синхронизации. На выходе первого реверсивного счетчика 21 формируется код относительного перемещения.

5

При первом пересечении индексной меткой 5 светового потока осветителя 10 на выходе фотоприемника13 появляется импульсный сигнал и, соответственно, на выходе .формирователя 18 - импульсный логический сигнал. Этот сигнал сбрасывает первый реверсивный счетчик 21 и устанавливает D-триггер блока 22 синхронизации (фиг.2) в единичное состояние. При . этом импульсы на втором и третьем выходах блока 22 синхронизации отсутствуют.

При дальнейшем вращении первого диска 1 на суммирующий либо вычитающий входы первого реверсивного счетчика 21 продолжают поступать счетчике импульсы и на его выходе формируется код числа импульсов, поступив ших с момента появления сигнала на выходе формирователя 18.

После появления импульсного сигнала на выходе фотоприемника 15 на выходе формирователя 19 появляется импульсный логический сигнал (фиг.б), который через открытый элемент 2И 26 поступает на первый выход блока 22 синхронизации и производит параллельную перезапись содержимого первого реверсивного счетчика 21 во второй реверсивный счетчик 23. Код на его выходе является номером зоны (фиг„Н) углового положения вала 2, ограниченной двумя последовательно расположенными индексными метками 5 диска 1,

Ввиду, того, что передаточное отно$о

J

о

45

ношение редуктора 7 равно i 1 +

+ 1 .га

то при вращении вала 1 число импульсов N, накапливаемое в первом реверсивном счетчике 21 от момента появления сигнала на выходе формирователя . 18 до появления сигнала на выходе формирователя 19, последовательно изменяется на единицу, при этом ., Старшие разряды текущего кода абсолютного положения вала 2 определяются кодом на выходе второго реверсивного счетчика 23, а младшие разряды - кодом на выходе первого реверсивного счетчика 21 ,

Так как первый реверсивный счетчик 21 обнуляется при появлении каждого -с сигнала на выходе формирователя 18, то с второго или третьего выходов блока 22 синхронизации поступает импульс на суммирующий либо вычитающий входы второго реверсивного счетчика 23.

При дальнейшем вращении вала 2 появление каждого сигнала на выходе фомирователя 19 приводит к перезаписи кода, содержащегося в первом реверсивном счетчике 21, во второй реверсивный счетчик 23. При этом переписанный код совпадает с кодом, уже имеющимся во втором реверсивном счетчике 23 Таким образом, при потере одного или нескольких импульсов на предыдущем цикле счета восстанавливается достоверное значение кода аб солютного положения при каждом появлении сигнала на выходе формирователя 19, что повышает надежность преобразователя угол - код

Если после подачи напряжения питания сигнал на выходе формирователя 19 появляется раньше сигнала на выходе формирователя 18, то на первом выходе 22 блока синхронизации бй нал записи кода во второй реверсивный счетчик 23 не появляется,, Цикл отсчета при этом также начинается от момента появления сигнала на выходе формирователя 18.

Выполнение шкалы 4 индексных меток 5 на втором диске 6 многооборот1- ного преобразователя угол - код и введение в него блока синхронизации и второго реверсивного счетчика и их связей с остальными элементами схемы позволяют упростить устройство, а также повысить надежность его работы в пять ра$.

о р м у л а

и з обр е т е н и .я

/Многооборотный преобразователь .. до угол - код, содержащий первый диск, на котором выполнены равномерно квантованная измерительная шкала и шкала индексных меток, первый диск через редуктор кинематически соединен с вто- дз рым диском, первый и второй считывающие элементы, установленные против

р1711329Ю

равномерно квантованной

0

5

0

5

0

5

о з

шкалы первого диска со сдвигом относительно друг друга на четверть пери- ода квантования этой шкалы, третий считывающий элемент, установленный ; против шкалы индексных меток, четвертый считывающий элемент, выходы считывающих элементов соединены с входа- ,ми одноименных формирователей импуль- сов, выходы первого и второго мирователей импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения направлеления, первый и второй выходы которого соединены, соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого ревер- сиёного счетчика, выходы которого являются первой группой выходов преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной надежности преобразователя . в него введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а второй диск содержит шкалу индексных меток, четвертый считывающий элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска, выход четвертого формирователя соединен с первым входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом записи второго реверсивного счетчика, сум.- мирующий и вычитающие-входы которого подключены соответствено к второму и третьему выходам блока синхронизации, выход третьего формирователя соединен с вторым входом блока синхронизации и с установочным входом первого реверсивного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго реверсивного счетчика, выходы которого являются второй группой выходов преобразователя, первый и второй выходы блока определения направления соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока синхронизации.

Ј S

/V иЛ

Т frn

Is

Еч«

/Л

/5

Р5Я

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код Цель изобретения - повышение функциональной надежности преобразователя. Цель достигается тем, что в многооборотный преобразователь угол - код, содержащий первый диск, на котором выполнены равномерно квантованная измерительная шкала и шкала индексных меток, через редуктор кинематически соединенный с вторым диском, первый, второй, третий ц четвертый считывающие элементы, четыре формирователя импульсов, блок, определения направления, первый реверсивный сметчик, введены блок синхронизации и второй реверсивный счетчик, а второй диск содержит шкалу индексных меток,как и первый диск, четвертый считывающий . элемент установлен против шкалы индексных меток второго диска. Введенные блоки в совокупности с соответствующими связями обеспечивают достижение цели. 4 ил.

СЗ

И

п

| . . . ,

Л/2.5

v/4

гг

23

JL

-Ийш:

%/2.У

-

|

а) шипи нити тмит Мишин щц.пннм jniiinn шиит .шж.ИШЦШ S) LLLJL-Ij-1..-U.. i -Ц---hfb--(-J---f-нН--4

i|----4f- 4+ 44----4-4

U

h2) 1

N-f

N

Фиг 3

(м-1)имп.

ы имп.

.шж.И -Ц---

hN-f

N

Фиг. 4.