Бестонвальное устройство стабилизации линейной скорости магнитной ленты Советский патент 1992 года по МПК G11B15/46 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к механизмам транспортировки носителей информации аппаратуры магнитной записи, применяемой в системах регистрации полетных данных, работающих в особо жестких условиях эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является бестонвальное устройство стабилизации линейной скорости магнитной ленты, содержащее приемную кассету, высокочастотный генератор тока, выход которого объединен с обмоткой индуктивного датчика и входом детектора, усилитель мощности,

выход которого подключен к якорной цепи приводного электродвигателя, сумматор, первый вход которого объединен с выходом детектора, второй вход - с клеммой источника опорного напряжения, а выход- с управляющим входом и первым неподвижным контактом перекидного ключа, второй неподвижный контакт которого соединен с первой обкладкой конденсатора и входом фильтрующего усилителя, подвижный контакт перекидного ключа объединен с второй обкладкой конденсатора, источник опорного напряжения, подключенный через резистор к входу фильтрующего усилителя,

vi ю

о о ю ел

выход которого соединен с входом усилителя мощности.

Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие, обусловленное большой постоянной времени филь- трующего усилителя (порядка 100 с), и относительно большая длительность переходного процесса в момент реверса. Кроме того, устройство характеризуется погрешностью от нестабильности частоты высокочастотного генератора тока. Действительно, изменение его частоты вызывает пропорциональное изменение индуктивного сопротивления, а, следовательно, и выходного напряжения индук- тивного датчика, что приводит к изменению линейной скорости движения кассеты.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в бестонвальном устройстве стабилизации линейной скорости магнитной ленты, содержащем приемную кассету, высокочастотный генератор тока, выход которого объединен с обмоткой индуктивного датчика и входом детектора, а через последовательно соединенные детектор и сумматор подключен к первому неподвижному контакту первого ключа, второй вход сумматора объединен с клеммой источника постоянного напряжения и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, двигатель соединен с приемной кассетой из немагнитного материала, имеющей сквозные ферромагнитные вставки, выполненные в виде секторов кольца, наружный диаметр которого равен диаметру щеки кассеты, а внутренний - диаметру кассеты при отсутствии магнитной ленты, сердечник индуктивного датчика имеет подковообразную форму, причем размеры его полюсов и расстояние между ними соответствует размерам и угловому шагу ферромагнитных вставок, индуктивный датчик укреплен на шасси устройства рядом с немагнитной щекой кассеты так, что полюса сердечника параллельны плоскости немагнитной щеки кассеты, согласно изобретению второй не- подв ижный контакт первого ключа объединен с общей точкой схемы, а подвижный через третий резистор соединен с общей точкой первого и второго резисторов и входом интегратора постоянного тока, выход которого через второй ключ, усилитель постоянного тока с последовательной обратной связью и преобразователь напряжение - ток подключен к якорной цепи двигателя, второй вывод второго резистора

объединен с выходом усилителя постоянного тока, вход которого через конденсатор соединен с общей точкой схемы, причем выходы генератора и детектора объединены с двумя входами формирователя длительности импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.З и 4 - схемы фильтрующего усилителя.

Бестонвальное устройство стабилизации линейной скорости магнитной ленты содержит приемную кассету 1, высокочастотный генератор 2 тока, выход которого объединен с обмоткой индуктивного датчика 3 и входом детектора 4, а через детектор 4 и сумматор 5 соединен с первым неподвижным контактом первого ключа 6, второй вход сумматора 5 объединен с клеммой 7 источника постоянного напряжения и первым выводом первого резистора 8, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора 9, двигатель 10, соединенный с приемной кассетой 1 из немагнит- ного материала, имеющей сквозные ферромагнитные вставки, выполненные в виде секторов кольца, наружный диаметр которого равен диаметру щеки кассеты, а внутренний -диаметру кассеты при отсутствии магнитной ленты, сердечник индуктивного датчика имеет подковообразную форму, причем размеры его полюсов и расстояние между ними соответствуют размерам и угловому шагу ферромагнитных вставок, индуктивный датчик 3 укреплен на шасси устройства рядом с немагнитной щекой кассеты так, что полюса сердечника параллельны плоскости немагнитной щеки кассеты, второй неподвижной контакт первого ключа 6 объединен с общей точкой схемы, а его подвижный контакт через третий резистор 11 подключен к общей точке первого 8 и второго 9 резисторов и входам интегратора 12 постоянного тока, выход которого через второй ключ 13, усилитель 14 постоянного тока с последовательной обратной связью и преобразователь 15 напряжение - ток подключен к якорной цепи двигателя 10, второй вывод второго резистора 9 соединен с выходом усилителя 14 постоянного тока, вход которого через конденсатор 16 объединен с общей точкой схемы, причем выходы генератора 2 и детектора 4 подключены соответственно к двум входам формирователя 17 длительности импульсов, вход которого соединен с j/правляющими входами первого 6 и второго

13 ключей. Постоянная времени интегратора 12, определяемая величиной емкости конденсатора обратной связи и вторым резистором 9, выбирается равной периоду огибающей сигнала датчика 3 в момент начала намотки магнитной ленты на кассету.

Устройство работает следующим образом,

В процессе вращения приемной кассеты 1 при намотке магнитной ленты индуктивность обмотки магнитного датчика 3 периодически изменяется от некоторого минимального практически постоянного значения, когда под полюсами сердечника датчика нет ферромагнитных вставок, до максимального, когда под полюсами оказываются две соседние вставки. В последнем случае часть силовых линий магнитного потока, возбуждаемого током обмотки датчика, замыкается через воздушное пространство, а часть - через массу магнитной ленты, намотанной на кассету, так, что максимальное значение индуктивности пропорционально радиусу намотанной ленты, Высокочастотный генератор 2 обеспечивает запитку обмотки датчика 3 синусоидальным током, поэтому напряжение на обмотке пропорционально ее индуктивности и имеет вид высокочастотных модулированных колебаний (фиг.2а) с минимальной амплитудой и макси- мальной Умакс, линейно связанной с радиусом намотанной ленты.

Напряжение с обмотки датчика 3 поступает на вход детектора 4 и имеет на его выходе вид, показанный на фиг.26. Это напряжение поступает на первый вход сумматора 5, на второй вход которого подается напряжение опорного источника 7, вычитающееся из выходного напряжения детектора 4, При соответствующем выборе коэффициентов передачи по входам сумматора 5 его выходной сигнал .имеет вид, представленный на фиг.2в, т.е. вид периодически повторяющихся импульсов с амплитудой, пропорциональной радиусу намотанной ленты, и частотой, пропорциональной скорости вращения приемной кассеты, Этот сигнал подается на первый неподвижный контакт первого перекидного ключа 6, управляющее воздействие на который поступает с формирователя 17 и имеет длительность, равную числу m периодов ТГт генератора 2 (фиг.2г, lYr). Таким образом, управляющий сигнал с формирователя 17 обеспечивает подключение на время его действия подвижного контакта перекидного ключа 6 к выходу сумматора 5. Все остальное время подвижный контакт ключа б соединяет нижний вывод резистора 11 с

общей точкой схемы. Описанная коммутация ключа 6 обеспечивает протекание через резистор 11 импульсного тока, среднее значение которого имеет величину

111

Us tu

R11 -Тгт

К ГН Ш ,

где гн - радиус намотанной ленты; К - коэффициент пропорциональности;

tu - длительность управляющего импульса, поступающего с формирователя 17. Однако произведение (О R равно линейной скорости V движения магнитной ленты, поэтому ,

Этот ток является током обратной связи компенсационной системы стабилизации. Он компенсирует входной ток le Uo/R8. При выборе достаточно большого коэффициента передачи всей замкнутой системы имеет место равенство . Отсюда

V

Uc

Rs К

const.

Таким образом, система обеспечивает автоматическую стабилизацию линейной скорости движения носителя.

В данном случае исключается погрешность, обусловленная нестабильностью частоты генератора 2 тока. Действительно, при увеличении частоты генератора 2 амплитуда выходного сигнала детектора, а следовательно, и выходного сигнала сумматора возрастает. Одновременно уменьшается длительность tu импульса, управляющего подключением резистора 11 к выходу сумматора 5, Среднее значение тока обратной связи, протекающего через резистор 11, остается неизменным и не зависит от изменения частоты генератора 2.

Усилитель рассогласования системы состоит из фильтрующего усилителя на основе интегратора 12, запоминающего устройства

(ключа 13, конденсатора 16 и усилителя 14с последовательной обратной связью) и резистора 9 образной связи, а также последова- тельно включенного с фильтрующим усилителем преобразователя 15 напряжения - ток. Включение последнего резко уменьшает высокочастотные колебания скорости, обусловленные флюктуациями сопротивления коллекторно-щеточного узла. Нестабильность этого сопротивления приводит к изменению тока якорной обмотки, а следовательно, вращающего момента и мгновенной скорости двигателя. Использование преобразователя напряжение - ток обеспечивает независимость тока якорной

обмотки от случайных изменений сопротивления коллекторно-щеточного узла, в результате чего повышается качество стабилизации мгновенной скорости движения носителя.

Реализация фильтрующего усилителя по предлагаемой структурной схеме обеспечивает повышение быстродействия устройства. В известном устройстве фильтрующий усилитель выполнен по схеме активного фильтра на основе операционного усилителя (фиг.З). Во время действия осредняемых импульсов конденсатор С получает заряд (входным током усилителя пренебрегают) Qi tuU0/Rii.

Такой же заряд конденсатор теряет за каждый период - это является условием постоянства выходного напряжения. Теряемый заряд обусловлен разрядом конденсатора С через резистор Rg (фиг.З): Q2 UBbix.T/R9, поэтому выходное напряжение фильтра

UBbix Uo-tuR9/(T-Rn).

0)

Подавление пульсаций до допустимого уровня обеспечивается соответствующим выбором постоянной т C-Rg. Поскольку ос- редняется достаточно низкочастотный сигнал, имеющий частоту порядка нескольких герц, то постоянная времени фильтра имеет величину порядка сотен секунд и соответствующее этому большое время переходного процесса в системе стабилизации скорости. Указанный переходный процесс имеет место в момент реверса, т.е. в момент перехода с одной ведущей кассеты на другую, что соответствует изменению гн от максимума до минимума.

Предлагаемый фильтрующий усилитель (фиг.4) отличается от известного введением запоминающего устройства. Последнее запоминает выходное напряжение интегратора в момент окончания выходного импульса формирователя 17, Приведенные соотношения для зарядов в этом случае остаются в силе, и для выходного напряжения справедливо выражение (1). С другой стороны, поскольку выходное напряжение выданном случае снимается с выхода запоминающего устройства, то в таком фильтре постоянную времени интегратора 12 можно выбирать весьма малой. При этом постоянство выходного напряжения устройства обеспечивается постоянством запоминаемых напряжений в фиксированных точках периода.

Следовательно, постоянная времени такого фильтрующего усилителя выбирается

не из условия подавления пульсаций и может быть на несколько порядков меньше в сравнении с обычным активным или одно- звенным пассивным фильтром. Это обеспечивает высокое быстродействие всей системы стабилизации. При выборе постоянной времени Синт Rg равной периоду огибающей сигнала датчика в момент начала намотки магнитной ленты на кассету пере0 ходный процесс в системе при реверсе не превышает по времени указанного периода. Формул а изобретения Бестонвальное устройство стабилизации линейной скорости магнитной ленты,

5 содержащее приемную кассету, высокочастотный генератор тока, выход которого соединен с входом индуктивного датчика и через последовательно соединенные детектор и сумматор с первым неподвижным кон0 тактом первого ключа, второй вход сумматора соединен с клеммой источника постоянного напряжения и с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго

5 резистора, электродвигатель, сопряженный с приемной кассетой из немагнитного материала, имеющей сквозные ферромагнитные вставки, выполненные в виде секторов кольца, наружный диаметр которого равен диа0 метру щеки кассеты, а внутренний - диаметру кассеты при отсутствии магнитной ленты, сердечник индуктивного датчика выполнен подковообразной формы, причем размеры его полюсов и расстояние между

5 ними соответствуют размерам и угловому шагу ферромагнитных вставок, индуктивный датчик закреплен на шасси устройства в зоне с немагнитной щекой кассеты, при этом полюса сердечника индуктивного дат0 чика параллельны плоскости немагнитной щеки кассеты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены последовательно соединенные интегратор

5 постоянного тока, второй ключ, усилитель постоянного тока с последовательной обратной связью и преобразователь напряжение - ток, а также третий резистор, формирователь длительности импульсов и

0 конденсатор, причем выход формирователя импульсов соединен с управляющим входом первого и второго ключа, а его входы - соответственно с выходом генератора тока и выходом детектора, выход преобразовате5 ля напряжение - ток подключен к якорной обмотке электродвигателя, второй неподвижный контакт первого ключа и конденсатор соединены с шиной Земля, свободный конец конденсатора соединен с входом усилителя постоянного тока, подвижный контакт первого ключа через третий резистор соединен с вторым выводом первого резистора и входом интегратора постоянного тока, а второй вывод второго резистора - с

выходом усилителя постоянного тока, при 5 ла намотки магнитной ленты на кассету.

этом постоянная времени интегратора, определяемая конденсатором его обратной связи и вторым резистором, равна периоду огибающей сигнала датчика в момент нача ла намотки магнитной ленты на кассету.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к механизмам транспортировки носителей информации аппаратуры магнитной записи, применяемой в системах регистрации полетных данных, работающих в особо жестких условиях эксплуатации, и позволяет повысить точность и быстродействие устройства. В бестонвальном устройстве стабилизации линейной скорости магнитной ленты второй неподвижный контакт первого ключа объединен с общей точкой схемы, а подвижный через третий резистор соединен с общей точкой первого и второго резисторов и входом интегратора постоянного тока, выход которого через второй ключ, усилитель постоянного тока с последовательной обратной связью и преобразователь напряжение-ток подключен к якорной цепи двигателя, второй вывод второго резистора объединен с выходом усилителя постоянного тока, вход которого через конденсатор соединен с общей точкой схемы, причем выходы генератора и детектора объединены с двумя входами формирователя длительности импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей. Постоянная времени интегратора, определяемая конденсатором, выбирается равной периоду огибающей сигнала датчика в момент начала намотки магнитной ленты на кассету. 4 ил. (Л С

te/

в

/77 7,

/V

tuj

фиг-З

i

Я

L-,

фиг. 2

tie

j

фие.4

-

tEEr

Увнх