Устройство для определения направления и угла поворота вращающегося объекта Советский патент 1993 года по МПК G01P13/04 

- .-Известно устройство для. определения направления и угла поворота вращающегося объекта, содержащее преобразователь угол-код, схему обработки сигнала и блок регистрации, включающий индикатор угла поворота и.индикатор направления прворо- ,та, . .. .. . ;.7 О - . /; / . . Это устройство не обеспечивает определения числа оборотов и измерения долей оборота вращающегося объекта, что сужает его функциональные возможности, Кроме того, это устройство имеет низкую разрешающую способность и узкий диапазон измерений. ; .-.: .: : . --.- - -- -: .,. -.. -.,

Цель изобретения - увеличение разрешающей способности, расширение диапазона измерений и функциональных возможностей за счет измерения числа обо- ротов. . .- .-. / : .. .- .. ,:. . -.

Указанная цель достигается тем, что . преобразователь угол-код выполнен в виде преобразователя угол-код Грея с первым, вторым, третьим и четвертым выходами, блок регистрации дополнительно содержит индикатор числа оборотов, а схема обработки сигнала выполнена в виде первого, второго,третьего и четвертого элементов НЕ, первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первого и второго RS-триггеров, первого элемента ИЛИ, пятого и шестого элементов И, первого и второго формирователей импульсов, двоичного реверсивного счётчика импульсов, преобразо- вателя кода Грея в двоичный код, первого v запоминающего устройства, преобразователя двоичного кода в десятичный, первого двоичного сумматора с выходом перенос старшего разряда и входом перенос своего младшего разряда, второго запоминающего устройства, блока инверторов, таймера, седьмого, восьмого, девятого и дё сятого элементов И, второго элемента ИЛИ,

ел

с

N4 00

О

fc

одиннадцатого и двенадцатого элементов И, пятого элемента НЕ, первого дешифратора, тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов И, второго двоичного сумматора со входом перенос младшего разряда, шестого, седьмого, восьмого и девятого элементов НЕ, второго дешифратора, при этом первый выход преобразователя угол-код Грея соединен со входом первого элемента НЕ и первыми входами п ервого, четвертого элементов И и преобразователя кода Грея в двоичный код, второй выход преобразователя угол-код Грея соединён со входом третьего элемента НЕ и вторым входом преобразователя кода Грея в двоичный код; третий выход преобразователя угол-код Грея соединен со входом четвертого элемента НЕ и с третьим входом преобразо ва-:

теля кода Грея в двоичный код, четвертый выход преобразователя угол-код Грея соединен со входом второго элемента I/I и 6бъ;- едийенными четвертыми входами третьего, четвертого элементов И и преобразователя кода Грея в двоичный кйд, выход первого элемента НЕ соединен с обьёдйненными

первыми входами второтр й :третьего элементов И, выход второго элемента НЕ cueд и н е н с о б ъ ё д и н ей и Ы м и ч ё т в е р. т ь) тм и входами первого:и второго элементов И, выход третьего элемента (НЕ соединён с объединенными входами nepidfo1, второго, третьего и четвертого элементов И,. выход первого; элемента И соединен со вторым

входом первого элемента ИЛИ, выходы второго .и третьего эл емент6.в И соединены с S-входами соответственно первого и вгоро- го RS-т ригтеров; выход четвертого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, третий вхой которого соединён с клеммой сброс и со входом; Двоичного реверсивного счетчика ймпульеов, выход первого, элемента ИЛИ соединен с объединенными R-вхоДами первого и второго RS тритгё роё, прямой выход первого ЙЗ-триггёра соединен со входом первого

. формирователя импульсов и вторым входом

пятЬгб элемента И, прямой выход второго RS-тригге ра с оединен со входом второго формирователя импульсов и вторым входом шестого элемента И, выходы первого и вто рого формирователей импульсов соедине, ны с первыми вхЪдам.и соответственно шестого и пятого элементов И, выходи которых соединены со входами соответственно плюс и минус двоичного реверсивного счётчика импульсов, выходы которого соединены поразрядно со старшими разрядами преобразователя :дв оичног.о кода в десятичный и первого запоминайэще.го уст

ройства, первый, второй, третий и четвертый выходы преобразователя кода Грея в двоичный код соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым вхо- 5 дами первого запоминающего устройства и прёобр а зователя двоичного кода в десятичный, своими выходами соединенного с индикатором числа оборотов, групповой выход первого запоминающего устройства 10 соединен с групповым входом второго saho- минающёго устройства и первым групповым входом первого двоичного сумматора, вход перенос младшего разряда которого . соединен с клеммой 1, входы разрешения 15 перезаписи второго и первого запоминаю- : щих устройств соединены соответственно с .:первым- и вторым выходами таймера, групповой выход второго запрми;на ющего устройства соединён с групповым входом 0 блока инверторов, групповой в.ыход которо- ;.:;: го соединен со ,;вторь1м групповым входом первого двоичного сумматора/группа выходов которого подведена ко входам второго . элемента ИЛИ, ко входам шёстогр, седьмо- 5 го, восьмого, девятого элементов НЕ и к : первым входам седьмого, восьмого, девятого и десятогр элементов И, выход перенос ; бтарш ёго разряДа первого двоичного сум- .г . м аУо ра соеЙи не1нi cb входом пятого элемента 0 НЕ и вторым входом одиннадцатого элемента И, выход пятого элемента НЕ соединен со вторым входом:двенадцатого элемента И, первый вход которого, объединенный с пер- ; вым входом Одиннадцатого элемента И, со- 35 единен с выходом второго элемента ИЛИ, выход одиннадцатого элемента И соединен со вторыми входами седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И, а выход двенадцатого элемента И -со вторыми входами . 40 TpMHafl4atoro, четырнадцатого , пятнадцато- то и шестнадцатого элементов И, первые входы которых соединены с выходами рого двоичного сумматора, к первой группе . входов которого подведены выходы шесто- 45 го, седьмогр, восьмого и девятого элементов НЕ, а втораятруппа его входов соединена с клеммой О, вход .перенос младшего рЬз- : р яда второго двоичного сумматора соеди- ...ней с клеммой 1, выходы седьмого, 50 восьмого, девятого и десятого элементов И соединены со входами первого дешифратора, выход которого соединен с индикатором . плюс угла поворота, выходы тринадцато- гбГчеты рйадцатого, пятнадцатого и шёст- 55 надцатого элементов И соединены со входами второго дешифратора, выход которого соединен с индикатором минус угла . поворота. .; ; На чертеже представлена блок-схема устройства для определения числа оборотов. направления и угля попорота вращаю- nifttося объекта.

Блок схема включает преобразователь 1 угод-код рея, индикатор 2 числа оборотов вращающегося объекта, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый б элементы НЕ. первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 элементы И, первый 11 и второй 12 RS-триг- геры, первый элемент ИЛИ 13, пятый 14 и шестой 15 элементы И, первый 16 и второй 17 формирователи импульсов, двоичный реверсивный счетчик 18 импульсов, преобразователь 19 кода Грея в двоичный код, первое запоминающее устройство 20, преобразователь 21 двоичного кода в десятичный, первый двоичный сумматор 22 с выходом 23 перенос старшего разряда и входом 24 перенос младшего разряда, второе запоминающее устройство 25, блок инверторов 26, таймер 27. седьмой 28, восьмой 29, девятый 30 и десятый 31 элементы И, второй элемент ИЛИ 32, одиннадцатый 33 и двенадцатый 34 элементы И, пятый элемент НЕ 35, первый дешифратор 36, тринадцатый 37, четырнадцатый 38, пятнадцатый 39 и шестнадцатый 40 элементы И, второй двоичный сумматор 41 со входом 42 перенос младшего разряда, шестой 43, седьмой 44, восьмой 45 и девятый 46 элементы НЕ, второй дешифратор 47, индикатор 48 плюс угла поворота и индикатор 49 минус угла поворота.

Устройство работает следующим образом. После включения электропитания, через клемму сброс и третий вход первого элемента ИЛИ 13 осуществляется обнуление первого 11 и второго 12 RS-триггеров через их R-входы. В процессе же функционирования устройства их обнуление осуществляется через другие входы первого элемента ИЛИ 13 с выходов первого 7 и четвертого 10 элементов И, вырабатывающих сигналы логической единицы, соответствующие показаниям, смежным с наибольшим и наименьшим значениями кодовой шкалы преобразователя 1 угол-код Грея, Переключение же RS-триггеров 11, 12 в единичное состояние производится сигналами логической единицы через их S- входы с выходов второго 8 и третьего 9 элементов И, соответствующих минимальному значению шкалы преобразователя 1 угол- код Грея, если вращение объекта происходит в направлении увеличения показаний (положительный угол поворота) или максимальному значению этой шкал«,если объ: ект вращается в npot ивоположном направлении (отрицательным угол поворо- та).

При нарастающих значениях кодовой шкалы преобразователя 1 угол-код Грея сначала срабатывает второй RS-триггер 12 (при кодовой комбинации 1000), затем пер- 5 вый RS-триггер 11 (при кодовой комбинации 0000). При этом на втором входе шестого элемента И 15 устанавливается уровень сигнала логической единицы,а на его первый вход поступает сигнал логической единицы

0 в виде импульса, сформированного первым формирователем импульсов 16. В результате на выходе шестого элемента И 15 образуется положительный импульс, который записывается в двоичный реверсивный

5 счетчик 18 через его.вход плюс.

В случае убывания значений кодовой шкалы преобразователя 1 угол-код Грея наблюдается обратная картина: сначала срабатывает первый RS-триггер 11 (при ко0 довой комбинации 0000), затем второй RS- триггер 12 (при кодовой комбинации 1000) и положительный импульс с выхода пятого элемента И 14 записывается в двоичный реверсивный счетчик 18 через его вход ми5 нус.

Информация о числе оборотов объекта с выходов преобразователя 1 угол-код Грея через преобразователь 19 кода Грея в двоичный код и с двоичного реверсивного

0 счетчика 18 подается на преобразователь 21 двоичного кода в десятичный и затем отображается индикатором 2.

Информация, поступающая на преобразователь 21 двоичного кода в десятичный,

5 параллельно поступает на входы первого запоминающего устройства 20. Таймер 27 в процессе работы поочередно и периодически обновляет информацию (осуществляет перезапись) сначала во втором запоминаю0 щем устройстве 25, а затем - в первом 20.

При этом число, записанное во втором запоминающем устройстве 25, преобразованное в инверсную форму блоком инверторов 26, поступает на вторые групповые .

5 входы первого двоичного сумматора 22. На его первые групповые входы информация . подается непосредственно с группового выхода первого запоминающего устройства 20.

0В зависимости от направления вращения объекта (т.е. от нарастания или убывания значений кодовой шкалы), на выходе 23 перенос старшего разряда первого двоичного сумматора 22 будет образовываться

5 либо сигнал логической единицы (положительный угол поворота объекта), либо сигнал логического нуля (отрицательный угол поворота объекта).

В первом случае сигнал логической единицы поступает на второй вход одиннадцзнающих устройствах, одинаковы и на разрядных выходах первого двоичного сумматора 22 будет получено число нуль (0000). Например:

. 1010 + 0101

: + . Л

1.0000

Это число (0000) на разрядных выходах первого двоичного сумматора 22 приводит к появлению на выходе второго элемента ИЛИ 32 сигнала логического нуля, который поступает на первые входы одиннадцатого 33 и двенадцатого 34 элементов И, появляется на их выходах и поступает на вторые входы седьмого 28, восьмого 29, девятого 30, десятого 31, тринадцатого 37, четырнадцатого 38, пятнадцатого 39 и шестнадцатого 40 элементов и. В результате этого на обоих индикаторах 48, 49 будут индицироваться нули.;- -ч-- /Г:, . ; :::;;-;Гл; -.л -л;..- .Су

;.-. : По сравнению с устрЬйствЬм прототипа заявленное устрой ст.во о бл а дает ел еду ющи- ми отличиями ипреимуществами: . а) в устройстве прототипа разрешающая спос.обность определяется метками на вращающемся диске ..,В предположении одинаковой разрешающей способности обоих устройств количество триггеров в заявленном устройстве сокращается на число

,п разрядов двоичного кода, образующихся за счет считывания кодов с кодовой до рожки. Это ведет либо к упрощению устройства, либр к расширению пределов его измерений; У ; ..;:,. :;.- : :: /-.;::;у б) расширение пределов измерений до. стигается за счет использования преобразователя угол-код Грея в качестве измерительногоi прибора и источника счетных импульсов; ,,.. .-.в) повышение разрешающей способности при измерении угла поворота объекта за счет использования многоразрядного пре- образователя угол-код Грея при том же числе разрядов двоичного счетчика, что ив устройстве прототипа; . .-; г) заявленное устройство может быть использовано как счетчик оборотов, если информация считывается с выходов тригге- ров счетчика и отдельно с;преобразрвателя угол-код для определения доли оборота в дополнение к своему обычному назначению - преобразователя угол поворота объекта - код, если информация считывается в соответствии с описанной работой, т.е.:млздшие разряды считываются с преобразователя угол-код, а старшие - с выходов счетчика.

0

5 0 .v;

5. . 0 .

5 :

0

5 0 5

Экономический эффект от применения заявленного устройства определяется его техническими преимуществами.

Формула изобретения

Устройство для определения направления и угла поворота вращающегося объекта, содержащее преобразователь угол-код, схему обработки сигнала и блок регистрации, включающий индикатор угла поворота и индикатор направления поворота, отличающее с я тем, что, с целью увеличения диапазона измерений, разрешающей способности и расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения числа оборотов, преобразователь угол-код выполнен в виде преобразователя угол-код Грея с первым, вторым, третьим и четвертым разрядными выходами, блок регистрации дополнительно содержит индикатор числа оборотов, а схема обработки сигнала выполнена в виде первого, второго, третьего и четвертого элементов НЕ, первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первого и ь;орого RS-триггеров, первого элемента ИЛИ, пятого и шестого элементов И, первого и второго формирователей импульсов двоичного реверсивного счетчика импульсов, преобразователя кода Грея в двоичный код, первого запоминающего.уст-. ройства, преобразователя двоичного кода в десятичный, первого двоичного сумматора с выходом Перенос старшего разряда и входом Перенос своего младшего разряда, второго запоминающего устройства, блока . инверторов, таймера, седьмого, восьмого, девятого и десятого-элементов И. второго элемента ИЛИ, одиннадцатого и двенадцатого элементов И, пятого элемента НЕ, первого дешифратора, тринадцатого, . четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов И,второго двоичного сумматора с входом Перенос младшего разряда, шестого, седьмого, восьмого и девятого элементов НЕ, второго дешифратора, при этом первый выход преобразователя угол-код Грея соединен с первым входом первого элемента И, четвертым входом преобразователя кода Грея, с входом первого элемента НЕ и с первым входом четвертого элемента И, второй выход преобразователя угол-код Грея соединен с третьим входом преобразователя кода Грея и с входом третьего элемента НЕ, третий выход преобразователя угол-код Грея соединен с вторым входом преобразователя кода Грея и с входом четвертрго элемента НЕ, четвертый выход преобразователя угол-код Грея соединен с первым входом преобразователя

кода Грея, с входом второго элемента НЕ, с четвертым входом четвертого элемента И и с четвертым входом третьего элемента И, выход первого элемента НЕ соединен с пер- вмм входом второго элемента И и с первым входом третьего элемента И, выход второго элемента НЕ соединен с объединенными четвертыми входами первого и второго элементов И, выход третьего элемента НЕ соединен с объединенными вторыми входами первого , второго, третьего и четвертого элементов И, выход четвертого элемента НЕ соединен с объединенными третьими входами первого, второго, третьего и четверто:: то элементов-И, выход первого.элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединён с S-входом первого RS-триггера, выход третьего элемента И соединен с S-входом второго RS-триггера, выход четвертого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с клеммой Сброс и с входом реверсивного счетчика импульсов, выход первого элемента ИЛИ соединен с объединенными R-входами первого и второго RS-триггеров, выход второго RS-т риггера соединен с входом второго формирователя импульсов и вторым входом шестого элемента И, выход второго формирователя импульсов соединён с вторым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого RS-триггера и с входом первого фо рммрователя импульсов, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом шестого элемента И, выход которого соединен с входом Плюс реверсивного счетчика импульсов, выход пятого элемента И .соединен с входом Минус реверсивного счетчика импульсов, .первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с первыми, вторыми, третьими и четвертыми входами преобразователя двоичного кода в десятичный и первого запоминающего устройства соответственно, первый, второй, третий и четвертый выходы преобразователя кода Грея соединены с восьмыми, седьмыми, шестыми и пятыми входами преобразователя двоичного кода в десятичный и первого запоминающего устройства соответственно, выход преобразователя двоичного кода в десятичный соединен с индикатором числа оборотов, выход первого запоминающего устройства соединен с первым входом второго запоминающего устройства и с первым входом первого двоичного сумматора, второй вход которого соединен с клеммой 1. второй вход второго запоминающего устройства и девятый вход первого запоминающего устройства соединены с первым и

вторым выходами таймера соответственно,

выход второго запоминающего устройства

соединен с входом блока.инверторов, выход

которого соединен с третьим входом первого двоичного сумматора, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами второго элемента ИЛИ, с

первыми входами седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И соответственно и с входами шестого, седьмого, восьмого и девятого элементов НЕ соответственно, пятый выход первого двоичного сумматора соединен С входом пятого элемента НЕ и с вторым входом одиннадцатого элемента И, выход пятого элемента НЕ соединен с вторым входом двенадцатого элемента И, первый вход которого соединен с выходом

второго элемента ИЛИ и первым входом одиннадцатого элемента И, выход которого соединен с объединенными вторыми входами седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И, выход двенадцатого элемента

И соединен с объединенными вторыми входами тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов И, выходы которых соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами второго

дешифратора соответственно, выход которого соединен с индикатором Плюс угла поворота, выходы седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И соединены с первым, ёторым, третьим и четвертым входами первого дешифратора соответственно, выход которого соединен с индикатором Минус угла поворота, выходы шестогб, седьмого, восьмого и девятого элементов НЕ соединены соответственно с четвертым,

третьим, вторым и первым входами второго двоичного сумматора, пятый, шестой, седьмой и восьмой входы которого объединены и подключены к клемме О, а его девятый вход соединен с клеммой 1, первый, втброй, третий и четвертый выходы второго двоичного сумматора соединены соответственно с первыми входами тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов И.

-.

Изобретение относится к области измерения параметров вращения вала и предназначено для определения его числа оборотов, направления и угла поворота. Сущность изобретения заключается в выделении сигналов, соответствующих минимальному, максимальному и смежным с ними значениям кодовой шкалы преобразователя угол - код Грея для управления работой двоичного реверсивного счетчика, используемого для определения старших разрядов считываемой информации, для определения же ее младших разрядов применен преобразователь угол - код Грея, используемый/также в качестве измеритель-- ного прибора и источника счетных импульсов, 1 ш.. . .(..,..- ;...-,.: . .. . ..