Преобразователь временных интервалов в код для измерения угла поворота вала Советский патент 1992 года по МПК H03M13/02 

Датчик

Использование: измерительная техника, преобразование фазового сдвига в код. Сущность изобретения: устройство содержит: формирователь старт-импульсов /1/, формирователь стоп-импульсов /2/, триггер опроса /3/ 2 триггера /4.5/. генератор импульсов /6/. Г вемтиля /7,8/. схему /9/ распределения импуль ов, 2 реверсивных счетчика /10,11/, 2 фиксатора /12, 13/, коммутатор /14/. задатчик начального смещения /15/, триггер знака /16/. 1 ил.

С/)

с

х| СЛ ioo ioo

0 00

Изобретение относится к измерительной технике и можег быть использовано в устройствах вычислительной техники для преобразования фазового сдвига в код.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для преобразования временного интервала в код за счет измерения временного интервала от старт- импульса до стоп-импульса или его дополнение от стоп-импульса до старт-импульса. С целью повышения быстродействия в данное устройство дополнительно введены схема ИЛИ, триггер знака и второй вентиль. Устройство содержит генератор тактовой частоты (генератор импульсов), первый выход которого соединен с первым входом первого вентиля, а второй выход соединен с первым входом второго вентиля. Второй выход первого вентиля соединен с прямым первым выходом триггера прямого вращения (ТПВ), а третий вход - с инверсным выходом триггера обратного вращения (ТОВ). Второй вход второго вентиля подключен к инверсному выходу ТПВ, а третий вход соединен с прямым выходом ТОВ. Выход первого вентиля подсоединен к первому входу схемы ИЛИ. Выход второго вентиля соединен со вторым входом схемы ИЛИ и входом триггера знака. Выход схемы ИЛИ соединен с входом счетчика импульсов, а выход триггера знака соединен со вторым установочным входом счетчика импульсов. ТПВ соединен со схемой формирования старт-импульса, на вход которой поступает сигнал с выхода опроса. На вход ТОВ поступает сигнал с выхода схемы формирования стоп-импульса.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Преобразователь временных интервалов в код для измерения угла поворота вала содержит формирователи старт-импульсов 1 и стоп-импульсов 2, триггер опроса 3, синхронизирующий работу устройства, первый 4 и второй 5 триггеры, фиксирующие старт- и стоп-импульсы, генератор 6 импульсов, два вентиля 7 и 8, формирующих временный интервал, заполненный частотой генератора импульсов, схему распределения импульсов, два реверсивных счетчика 10 и 11, два фиксатора 12, 13, коммутатор 14, задатчик 15 начального смещения и триггер 16 знака.

Два входа формирователя 1 старт-импульсов соединены с входом датчика угла поворота с фазовым выходом, два входа формирователя 2 стоп-импульсов соединены с выходом датчика, таким образом на первые два входа формирователя 1 поступает опорный сигнал, на первые два входа формирователя 2 - текущий.

Третьи входы формирователей 1, 2 соединены с выходом триггера опроса 3, а выходы формирователей старт-импульсов 1 и стоп-импульсов 2 соединены с входами пер- вого 4 и второго 5 триггеров соответственно, первые выходы которых соединены со вторыми входами первого 7 и второго 8 вентилей соответственно, второй выход первого триггера 4 соединен с третьим входом 0 второго вентиля 8, а второй выход второго триггера 5 соединен с третьим входом первого вентиля 7, при этом первые входы вентилей 7 и 8 соединены с выходом генератора импульсов 6.

5Первый и второй входы первого реверсивного счетчика 10 соединены с первым и вторым выходами схемы распределения импульсов 9 соответственно, первый и второй входы второго реверсивного счетчика 11 со- 0 единены с третьим и четвертым выходами схемы распределения импульсов 9, третий выход схемы распределения импульсов 9 соединен также со входом триггера знака 16. первый выход задатчика начального сме- 5 щения 15 соединен с пятым входом схемы распределения импульсов 9, а второй выход - с третьими входами первого 10 и второго 11 реверсивных счетчиков, первые выходы первого 10 и второго 11 реверсивных 0 счетчиков соединены с первым и вторым входом коммутатора 14 соответственно, а третий вход последнего соединен с выходом триггера знака 16, второй выход первого реверсивного счетчика 10 соединен с вхо- 5 дом первого фиксатора 12, второй выход второго 11 реверсивного счетчика соединен с входом второго фиксатора 13, выходы первого 12 и второго 13 фиксаторов соединены соответственно с первым и четвертым вхо- 0 дами схемы распределения импульсов 9, второй и третий входы которой соединены с выходами первого 7 и второго 8 вентилей соответственно.

Устройство работает следующим обра- 5 зом.

В начале измерения триггера 3, 4, 5, фиксаторы 12, 13 устанавливаются в исходное состояние, а в реверсивные счетчики 10, 11 записывается код начального смещения, 0 сформированный задатчиком 15. По сигналу опроса триггер опроса 3 переключается и разрешает работу формирователей 1 и 2. Если старт-импульс появляется раньше, чем стоп-импульс, то передний фронт старт-им- 5 пульса открывает оентиль 7. Сигнал на выходе вентиля 7 присутствует до появления фронта стоп-импульса, когда сигнал с инверсного выходя триггера 5 запирает вентиль 7. Сигнал на выходе вентиля 7 представляет собой временной интервал

между старт- и стоп-импульсами. заполненный частотой генератора импульсов. На выходе вентиля 8 при этом присутствует уровень логического мулл. Если первым появляется стоп-импульс, то сигнал, соответ- ствующий временному интервалу от стоп-импульса до старт-импульса, заполненный частотой генератора импульсов, присутствует на выходе вентиля 8, а вентиль 7 в это время находится в нулевом состоя- нии. Сигналы с выходов вентилей 7 и 8, фиксаторов 12 и 13 и сигнал о знаке начального смещения со второго выхода задатчика 15 поступают на входы схемы распределения импульсов 9.

Сигналы на выходах схемы 9 формируются по следующим логическим зависимостям:

на первом выходе

yl а.в.д.б + г.а.в

на втором выходе

у2 гПвГд.б

на третьем выходе

уЗ б.г.д.а + в.б.1)

на четвертом выходе

у4 б.г.д.ИГ.

где а - сигнал на выходе вентиля 7, длительность которого пропорциональна фазе опорного сигнала:

б-сигнал на выходе вентиля 8, длитель- ность которого пропорциональна фазе текущего сигнала;

в - сигнал на выходе фиксатора 12 (формируется, когда в счете участвует реверсивный счетчик импульсов 10);

г - сигнал на выходе фиксатора 13;

д- сигнал на выходе задатчика начального смещения 15;

у1 - выходной сигнал на первом выходе схемы распределения 9:

у2 - сигнал на втором выходе схемы распределения 9;

уЗ - сигнал на третьем выходе схемы распределения 9;

у4 - сигнал на четвертом выходе схемы распределения 9.

Триггер знака 16 находится в нулевом состоянии до тех пор, пока второй реверсивный счетчик 11 не начнет суммировать поступающие на него импульсы с кодом коррекции.

Возможно шесть режимов работы устройства.

Первые три режима формируются, когда имеет место начальное смещение фазы относительного фронта старт-импульса в сторону запаздывания (отрицательное смещение). При этом сигнал д на втором выходе задатчика 15 имеет уровень логической единицы. При этом в период

подготовки при отсутствии сигнала Опрос второй реверсивный счетчик 11 устанавливается в О, а в первый реверсивный счетчик 10 записывается код коррекции NK с первого выхода задатчика 15.

Iрежим.

Старт-импульс опережает по фазе стоп- импульс, т.е. измеряется положительный угол. По сигналу Опрос на выходе вентиля 7 формируется широтный импульс, заполненный тактовой частотой, по окончании которого на выходе первого реверсивного счетчика будет присутствовать код:

Ni NK- Nyi,

где Nyt - код. пропорциональный количеству импульсов на выходе yl;

NK код коррекции;

NI - код положительного реверсивного счетчика.

IIрежим.

Старт-импульс запаздывает относительно стоп-импульса, открыт вентиль 8. Количество импульсов заполнения, укладывающихся в сигнале б, меньше значения кода коррекции NK. Измеряемый угол, по-прежнему, положительный. По окончании периода счета выходной код на выходе первого реверсивного счетчика будет иметь вид

Ni NK - Ny2,

где Ny2 - код, пропорциональный количеству импульсов на выходе у2.

HI режим.

Старт-импульс запаздывает относительно стоп-импульса. открыт вентиль 8. Ко- личество импульсов заполнения, укладывающихся в широтном сигнале б, бо л ьше численного значения кода коррекции NK. Измеряемый угол при этом отрицательный.

Формируется сигнал у2. В момент, когда количество импульсов частоты заполнения численно превысит значение кода Мк, формируется сигнал на выходе фиксатора 12, который через схему распределения импульсов 9 формирует сигнал уЗ, а первый реверсивный счетчик 10 устанавливается в О. В результате счета выходной код второго реверсивного счетчика будет иметь вид:

N2 Ny3 - NK.

где Ny3 - код, пропорциональный количеству импульсов на выходе уЗ;

N2 - код отрицательного реверсивного счетчика.

IV, V, VI режимы работы устройства аналогичны первым трем, за исключением того, что реверсивные счетчики 10, 11 меняются местами.

Код с первых выходов реверсивных счетчиков УО, 11 поступает на коммутатор 14, на выходе которого формируется код, пропорциональный разности фаз с учетом направления вращения объекта.

Схема распределения импульсов 9, ре- версивные счетчики 10, 11,задатчик начального смещения 15, фиксаторы 12. 13, коммутатор 14 выполнены на микросхемах серии К155 и К 555.

Преимущество заявляемого решения по сравнению с прототипом заключается в повышении точности измерений.

Так. например, использование данного устройства с датчиком, фазовращателем типа ФВ67-12, погрешность которого равна 0,08 угловых градуса, установленном на валу исполнительного механизма привода летучей пилы редукционного стана, позволит повысить точность мерного пореза труб с ±150 мм до ±25 мм на длине трубы 12м.

Формула изобретения Преобразователь временных интервалов в код для измерения угла поворота вала, включающий формирователи старт- и стоп- импульсов, генератор импульсов, два триггера, два вентиля, триггер знака, триггер опроса, причем входы формирователей соединены с выходом триггера опроса, а выхо- ды формирователей старт- и стоп-импульсов соединены с входами первого и второго триггеров соответственно, прямые выходы которых соединены с вторыми входами первого и вюрого вентилей соответственно, инверсный выход первого триггера соединен с третьим входом второго вентиля, а инверсный выход второго тр,иг- гера соединен с третьим входом первого вентиля, при этом первые входы вентилей соединены с выходом генератора импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введены схема распределения импульсов, первый и второй реверсивные счетчики, задатчик начального смещения, первый и второй фиксаторы, коммутатор, причем первый и второй входы первого реверсивного счетчика соединены с первым и вторым выходами схемы распределения импульсов соответственно, первый и второй входы второго реверсивного счетчика соединены с третьим и четвертым выходами схемы распределения импульсов, третий выход схемы распределения импульсов соединен также с входом триггера знака, первый выход задатчика начального смещения соединен с пятым входом схемы распределения импульсов, а второй выход - с третьими входами первого и второго реверсивных счетчиков, первые выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с первым и вторым входом коммутатора соответственно, а третий вход последнего соединен с выходом триггера знака, второй выход первого реверсивного счетчика соединен с входом первого фиксатора, второй выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второго фиксатора, выходы первого и второго фиксаторов соединены соответственно с первым и четвертым входами схемы распределения импульсов, второй и третий входы которой соединены с выходами первого и второго вентилей соответственно, причем два входа формирователя старт-импульсов соединены с входом датчика угла поворота, а два входа формирователя стоп-импульсов соединены с выходом датчика,