Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1992 года по МПК H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например, в системах управления антеннами спутниковой связи и в других системах, в которых предъявляются жесткие требования к температурному режиму работы датчика угла, удаленного на значительное расстояние.

Целью изобретения является повышение температурной стабильности и помехоустойчивости преобразователя.

На фиг 1 представлена схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 - эквивалентная схема замещения фазовращателя.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит фазовращатель 1, генератор 2 импульсов, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 компараторы, первый 7 и второй 8 RS-триггеры, первый 9 и второй 10 сумматоры-вычитатели, генератор 11 пара- фазных синусных сигналов, генератор 12 парафазных косинусных сигналов, первый 13 и второй 14 элементы И, первый 15 и второй 16 счетчики, первый 17, второй 18, третий 19, четвертый 20 датчики тока, первый 21 и второй 22 термокомпенсирующие элементы, первый 23 и второй 24 дифференциальные усилители, сумматор 25 и выходную шину 26.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Импульсы генератора 2 тактовых импульсов подаются на входы генераторов синусного 11 и косинусного 12 сигналов. Сформированные сигналы с их выходов через датчики 17-20 тока соответственно подаются с помощью симметричной линии на одни и другие входы входных обмоток фазовращателя 1. С датчиков 17 и 18 тока сигнал, пропорциональный току одной обмотки, поступает на входы первого сум- матора-вычитателя 9, а сигнал с датчиков 19 и 20 тока, пропорциональный току другой обмотки, поступает на входы второго сум- матора-вычитателя 10. С выходов сумматоров-вычитателей 9 и 10 сигналы одного и другого каналов, являющиеся опорными, подаются на нуль-компараторы 3 и 4 соответственно. Нуль-компараторы 3 и 4 формируют импульсы при переходе опорных сигналов через ноль и подают их на S-входы RS-триггеров 7 и 8 соответственно. Сигналы двух других обмоток фазовращателя, являющиеся выходными, с помощью симметричной линии передаются также на дифференциальные усилители 23 и 24 одного и другого каналов соответственно. С помощью компараторов 5 и 6 при переходе через ноль выходных сигналов, поступающих с выходов дифференциальных усилителей 23 и 24 формируются импульсы, адресуемые на R-входы RS-триггеров 7 и 8 одного и другого каналов. В результате на выходах RS-триггеров 7 и 8 формируются

сигналы, длительность которых пропорциональна углу поворота вала фазовращателя 1. С помощью элементов И 13 и 14 и счетчиков 15 и 16 производится преобразование длительности этих импульсов в цифровой.

код. Цифровые коды каждого из каналов (одного и другого) с выходов счетчиков 15 и 16 суммируются в сумматоре 25, на выходе 26 которого образуется цифровой код, равный полусумме входных кодов одного и другого

каналов и пропорциональный углу поворота вала фазовращателя 1, причем применение двух каналов (одного и другого) позволяет устранить погрешности преобразователя, связанные с неравенством амплитуд и неортогональностью фаз напряжений, запиты- вающих фазовращатель 1.

С целью исключения температурного дрейфа выходного кода преобразователя, вызванного дрейфом фазы между входным

напряжением фазовращателя и током в обмотках возбуждения, в качестве опорных сигналов использованы не напряжения возбуждения, а токи, протекающие в обмотках возбуждения фазовращателя. Для любого

произвольного угла поворота вала фазовращателя между напряжением возбуждения и

током в обмотках возбуждения существует фазовый сдвиг, обусловленный наличием индуктивности и активного сопротивления обмотки, причем этот фазовый сдвиг изменяется при изменении активного сопротивления обмотки возбуждения. Поскольку ЭДС, наводимая на выгодных обмотках фазовращателя, является следствием тока воз- буждения, то между напряжением возбуждения и ЭДС присутствует температурный дрейф фазы. При использовании сигналов, пропорциональных току возбуждения, в качестве опорных удается частично устранить температурный дрейф кода преобразователя, вызванный изменением активного сопротивления обмоток, возбуждения фазовращателя,

Для практически полного устранения температурного дрейфа кода преобразователя в его схему введены термокомпенсиру- ющие элементы - конденсаторы 21 и 22. Для

5

доказательства этого рассмотрим эквива- схему фазовращателя по одному из каналов (фиг.2). Эквивалентная схема другого канала является аналогичной.

Экспериментально установлено, что с увеличением температуры индуктивные параметры изменяются незначительно, в то время как активное сопротивление обмоток RI и R2 увеличивается, а активное сопротивление потерь холостого хода RO уменьшается.

Записав согласно законов Кирхгофа в комплексной форме распределение токов и ЭДС, получим отношение выходного напряжения и входного тока в фазовращателе. Поставив в него переменные значения Ro. RI и R2, линейно зависящие от температуры, и приравняв производную этого соотношения по температуре к нулю, получим равенство для определения необходимого реактивного сопротивления элемента, шунтирующего обмотку возбуждения

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например, в системах управления антеннами спутниковой связи и в других системах, к которым предъявляются жесткие требования к температурному режиму работы датчика угла, удаленного на значительное расстояние. Изобретение обеспечивает повышение температурной стабильности и помехоустойчивости преобразователя Преобразователь содержит фазовращатель 1, генератор 2 импульсов, компараторы 3-6, RS-триггеры 7 и 8, сумма- торы-вычитатели 9 и 10, генератор 11 синусного и генератор 12 косинусного сигналов, Элементы И 14 и 13. счетчики тока 15 и 16, датчики тока 17-20, термокомпенсирующие элементы 21 и 22, дифференциальные усилители 23 и 24, сумматор 25 и выходную шину 26. Использование в качестве опор

у (g RQ - % R2) (R§ + Х§) ± У(й R2 Qb Ro)2 (Ro + Xj) - 4 og R§ X0 (R2 + Ro)2 Y

AHn о vАО

2 во RCJ АО

X0где Хн - расчетная величина необходимого реактивного сопротивления;

Ro, Ri, R2, Хо, Xi, X2 - активные и реактивные сопротивления холостого хода и обмоток фазовращателя;

ею и а.2 - модули температурных коэффициентов изменения сопротивления холостого хода и обмотки возбуждения.

На практике величина Хн всегда получается отрицательной, что свидетельствует о необходимости емкостной нагрузки.

Емкость конденсатора определяют по формуле

Ск -

1

шХн где со- частота тока возбуждения.

Поэтому именно с целью обеспечения термостабилизации в схему предлагаемого преобразователя введены конденсаторы 21 и 22.

Использование в качестве опорных сигналов токов возбуждения фазовращателя, сформированных с помощью датчиков 17- 20 тока, а также введение в схему преобразователя конденсаторов 21 и 22, включенных параллельно выходным обмоткам фазовращателя, позволяют в совокупности достичь температурной погрешности преобразователя, практически равной нулю. В свою очередь, наличие симметричных выходов генераторов парафазного синусного 11 и парафазного косинусного 12 сигна2 Qb Ro)2 (Ro + Xj) - 4 og R§ X0 (R2 + Ro)2 Y

n о vАО

2 во RCJ АО

X0X2

лов в сочетании с симметричными линиями как на стороне возбуждения, так и со стороны выхода фазовращателя с использованием дифференциальных усилителей 23 и 24 дает возможность существенно повысить помехоустойчивость преобразователя.

Таким образом, предлагаемое схемное решение преобразователя угла поворота вала в код позволяет значительно повысить его температурную стабильность и помехоустойчивость. Так, например, при использовании в качестве фазовращателя датчика типа ВТ-5 температурная погрешность в диапазоне температур ±50°С равна нулю при 16-разряд- ном выходном коде, а помехоустойчивость при длине линии связи с датчиком, равной 12 м, такова, что разрешающая способность преобразователя составляет половину младшего разряда 16-разрядного выходного кода без усреднения.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий фазовращатель, генератор импульсов, два генератора парафазных синусоидальных напряжений , входы которых соединены с выходом генератора импульсов, первый и второй нуль-компараторы, выход первого нуль-компаратора соединен с S-вхо- дом первого RS-триггера, третий и четвертый нуль-компараторы, выходы которых соединены с R-входами соответственно первого и второго триггеров, выходы которых соединены с одними входами первого и второго элемента И соответственно, другие входы которых подключены к выходу генератора импульсов, а выходы соединены со счетны- ми входами первого и второго счетчиков соответственно, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого является выходом преобразователя, входы обнуления первого и второго счетчиков соединены с вы- ходом первого нуль-компаратора, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения температурной стабильности и помехоустойчивости преобразователя, в него введены четыре датчика тока, два сумматора-вычитателя, два термокомпенсирующих эл.емента, выходы генераторов синусоидальных напряжений через соответственно первый и второй датчики тока соединены с одними входами соответствующих входных обмоток фазовращателя, а другие выходы генераторов синусоидального напряжения через соответственно третий и четвертый датчики тока соединены с другими входами соответствующих входных обмоток фазовращателя, выводы первого датчика тока соединены с одними входами

т 1

0первой и второй групп входов первого сумматора-вычитателя, выводы второго датчика тока соединены с другими входами первой и второй групп входов первого сумматора- вычитателя, выход которого соединен с входом первого нуль-компаратора, выводы третьего датчика тока соединены с одними входами первой и второй групп входов второго сумматора-вычитателя, выводы четвертого датчика тока соединены с другими входами первой и второй групп входов второго сумматора-вычитателя, выход которого соединен с входом второго нуль-компаратора, выходы первой выходной обмотки фазовращателя соединены с выводами первого термокомпенсирующего элемента и входами первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом третьего нуль-компаратора, выходы второй выходной обмотки фазовращателя соединены с выводами второго термокомпенсирующего элемента и входами второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом четвертого нуль- компаратора.

Я2 П

(Т

4 -J

Фиг.1