Преобразователь углового положения объекта Советский патент 1993 года по МПК H03M1/24 H03M1/50 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах управления и контроля, например, в станках с числовым программным управлением, в роботах и манипуляторах, в системах управления радио-и оптическими телескопами, в системах слежения и сопровождения, в навигации и ориентации и т.п., одним словом там, где необходимо определить положение объекта в системе координат.

Известен преобразователь углового перемещения объекта, содержащий модулятор, закрепляемый на оси вращения объекта, два осветителя и два фоточувствительных элемента, установленных попарно

по обе стороны модулятора и образующих два датчика положения, блок обработки информационных сигналов, выполненный в виде элемента НЕ, триггера, двух элементов И, управляющий вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом триггера.

Недостатком устройства является то, что в условиях частых остановок может оказаться в неустойчивом положении датчик положения и при воздействии вибрации, неизбежной в производственных условиях, могут быть сформированы ложные импульсы на выходе устройства. Кроме того, устройство не позволяет учитывать реверс направления вращения объекта.

XJ

О

ел ел ь. ел

Известен также фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий два фотоприемника, установленные в одной плоскости, и блок (информации) обработки информации, выходные торцы световодов модулятора разделены на две группы с четным и нечетным числом световодов в каждой из групп, которые расположены вдоль двух соответствующих концентрических окружностей на диске штыря со стороны, противоположной входным торцам световодов, оба фотоприемника расположены напротив соответствующей группы световодов, а выходы фотоприемииков электрически связаны с блоком обработки информации.

Недостатком устройства является то, что при неподвижном положении объекта невозможно определить его угловое положение, а точность отсчета ограничена размерами торца световода.

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий закрепленный на оси электродвигателя кодовый диск с основной дорожкой, считывающее устройство на входном валу, два неподвижных считывающих устройства, устройство управления и устранения неопределенности результата, устройство фазовой автоподстройки частоты, генератор, два нуль-органа, счетное устройство, устройство формирования старших разрядов, устройство переноса кода, регистр памяти и блок формирования сигнала сброса и переноса.

Недостатком преобразователя угла поворота вала в код является сложность схе- мы,вызванной возникающей неопределенностью результата и связанной с этим необходимостью введения устройства устранения неопределенности результата.

Цель изобретения - упрощение схемного решения, повышение точности и надежности преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что устройство помимо двигателя, на валу которого установлен дисковый модулятор с равномерно-квантованной дорожкой, один из активных участков которой выполнен удлиненным, жестко связанного с входным валом первого считывающего элемента, представляющего собой источник и приемник излучения, оптически связанные между собой через удлиненный активный участок равномерно-квантованной дорожки, установленных неподвижно на одной радиальной прямой второго и третьего считывающего элементов, оптически связанных через соответственно удлиненный участок равномерно-квантован ной дорожки

0

и саму равномерно-квантованную дорожку, формирователей импульсов, элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с информационными входами первого регистра, генератора импульсов, второго счетчика и второго регистра, содержит стабилизатор вращения двигателя и коллектор, а четвертый считывающий элемент установлен против равномерно-квантованной дорожки со смещением относительно третьего считывающего элемента на величину кратную четверти периода ее квантования, соединение первого считывающего элемента с первым формирователем импульсов выполнено через коллектор, который жестко связан с входным палом, выход генератора импульсов соединен с входами синхронизации формирователей импульсов и со счетным входом второго счетчика, выход первого формирователя импульсов соединен с входами записи регистров, выход второго формирователя импульсов соединен с входом обнуления первого счетчика, выходы третьего и четвертого формирователей импульсов соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом обнуления второго счетчика и со входом стабилизатора вращения, выход которого соединен с двигателем,

На фиг.1 представлена блок-схема преобразователя углового положения объекта.

Преобразователь углового положения объекта содержит входной вал 1 с коллектором 2 с закрепленным на входном валу подвижным первым считывающим элементом 3, представляющим собой первые источник и приемник излучения, неподвижные второй, третий и четвертый считывающие элементы 4, 5, 6, дисковый модулятор 7, приводимый во вращение электродвигателя 8, все четыре считывающих элемента 3, 4, 5, 6, состоящих из источников и приемников излучения, соединены соответственно с информационными входами форм ир о ва телей импульсов 9, 10, 11, 12, входы синхронизации которых подсоединены к выходу генератора импульсов 13Г йыходы третьего и четвертого формирователей импульсов 11,

12 соединены с.входами элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика 15, с входом обнуления второго счетчика 16, с входом стабилизатора вращения 17, выход которого соединен с 5 двигателем 8, выход генератора импульсов

13 соединен с счетным входом второго счетчика 16, первый и второй регистры 18, 19, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков 15, 16, а выходы первого и второго регистров

5

0

5

0

5

0

5

0

18, 19 являются выходами устройства в целом, выход первого формирователя 9 соединен с входами записи первого и второго регистров 18, 19, выход второго формирователя импульсов 10 соединен с входом установки, нуля первого счетчика 15.

На фиг.2 представлена схема датчика положения, включающего в себя источник 20 и приемник 21 излучения и схему формирователя импульсов, состоящую из известных схем усилителя 22 фототока, компаратора 23 напряжения и схемы выделения импульса по переднему фронту, выполненную на двух D-триггерах 24.

Формирователь импульсов работает в следующей последовательности.

Световой поток от источника 20 излучения, проходя через равномерноквантован- ную дорожку на дисковом модуляторе 7 попадает на приемник 21 излучения и преобразуется им в электрический сигнал, который усиливается усилителем 23 фототока. Усиленный сигнал поступает на компаратор 23, который формирует передний и задний фронт импульс.а, подаваемого на схему выделения короткого импульса по переднему фронту, Исходно оба триггера 24 находятся в состоянии нуль. На вход В первого триггера 24 подан постоянный сигнал единица. Поэтому, как только на входе С появится передний фронт сигнала, этот триггер 24 перейдет в состояние единица. Прямой выход первого триггера 24 соединен с входом D второго. Вследствие этого ближайший тактовый импульс опрокинет второй триггер 24 в единицу. При этом сигнал с выхода второго триггера 24 сразу сбросит в нуль первый триггер 24. Следующий тактовый импульс переведет второй триггер 24 также в нуль, и таким, образом устройство возвратится в исходное состояние.

Стабилизатор 17 вращения может быть выполнен, например, как регулятор скорости электродвигателя.

Регулятор скорости электродвигатели включает в себя таймер, компаратор и транзисторный усилитель мощности.

Схема работает следующим образом.

Таймер работает в режиме мультивибратора, управляющего транзисторным усилителем мощности. В зависимости от длительности импульса на выходе таймера изменяется мощность, отбираемая электродвигателем от источника питания и, следовательно, скорость вращения ротора электродвигателя. Чем больше длительность напряжения на выходе таймера, тем дольше открыты транзисторы усилителя мощности и тем до большего напряжения зарядится конденсатор на выходе схемы.

Когда скважность выходных импульсов таймера достигает 100%, скорость вращения ротора электродвигателя максимальна. Регулируется скорость перемещения резистором, изменяющим напряжение на входе компаратора.

Устройство работает следующим образом.

Угловое положение объекта передается

на входной вал 1, с жестко закрепленными на нем коллектором 2 и первым считывающим элементом 3, представляющим собой источник и приемник излучения. Дисковый модулятор 7 с равномерноквантованной дорожкой, один из активных участков которой выполнен удлиненным, вращается с постоянной угловой скоростью с помощью электродвигателя 8. Постоянство угловой скорости электродвигателя 8 обеспечивается за счет подключенного к двигателю стабилизатора вращения 17, на вход которого поступает управляющая последовательность импульсов с элемента ИЛИ 14, ко входам которого подключены выходы третьего

и четвертого формирователей импульсов 12, 11. Считывающие элементы 5 и б установлены против равномерноквантованной дорожки модулятора со смещением относительно друг друга на величину ,кратную четверти периода квантования, а их выходы подсоединены соответственно к входам формирователей импульсов 11 и 12. Таким образом, образуется замкнутая обратная связь: двигатель 8 - дисковый модулятор 7 - считывающие элементы 5, 6 -формирователи импульсов 11,12- элементы ИЛИ 14 - стабилизатор вращения 17 - двигатель 8, которая позволяет поддерживать постоянной угловую скорость вращения модулятора. Удлиненный активный участок равномерноквантованной дрожки проходит один раз за один оборот против подвижного первого считывающего элемента 3 и против неподвижного второго считывающего элемента 4.

На счетный вход первого счетчика 15 поступают прямоугольные импульсы с выхода элемента ИЛИ 14. Эта же последовательность прямоугольных импульсов подается

на вход установки нуля второго счетчика 16.

На счетный вход второго счетчика 16 поступают прямоугольные импульсы с выхода генератора импульсов 13. Частота гене- ратора импульсов 13 выбирается из условий получения достаточной точности измерения угла положения объекта По фронту импульса с второго считывающего элемента 4 производится обнуление первого счетчика 15, затем подсчитываются импульсы с выхода

элемента ИЛИ 14 от считывающих элементов 5 и 6. Эти же импульсы обнуляют каждый раз второй счетчик 16, на счетный вход которого поступают импульсы с генератора импульсов 13. По фронту импульсов с первого считывающего элемента 3 производится запись мгновенного состояния первого и второго счетчиков 15, 16, в выходные первый и второй регистры 18 и 19.

Таким образом, на выходе первого и второго регистров 18,19 устанавливается за

каждый оборот дискового модулятора 7 двоичный код, соответствующий угловому положению исследуемого объекта относительно установленной системы координат.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства состоит в том, что по сравнению с базовым объектом, за который может быть принят прототип, реализация данного устройства позволяет повысить точность

отсчета угла положения объекта при упрощении схемы и увеличении ее надежности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах управления и контроля, например, в станках с числовым программным управлением, в роботах и манипуляторах, в системах управления радио-и оптическими телескопами, & системах слежений и сопровождения, в навигаций и ориентации и т.п., одним словом, там, где необходимо определить положение объекта в системе координат. Цель изобретения-уп- рощение и повышение точности и надежности преобразователя. Указанная цели достигается тем, что в преобразователь, содержащий двигатель 8, на валу которого установлен дисковый модулятор 7 с равномерно-квантованной дорожкой, один из активных участков которой выполнен удлиненным, жестко связанный с входным валом первый считывающий элемент 3, установленные неподвижно на одной радиальной прямой второй 4 и третий 5 считывающие элементы, четвертый 6 считывающий элемент, формирователи 9-12 импульсов, элемент ИЛИ 14, первый счетчик 15, первый регистр 18, генератор 19 импульсов, второй счетчик 16 и второй регистр 19, введены стабилизатор 17 вращения двигателя и коллектор 2, а четвертый считывающий элемент 6 установлен против равномерно-квантованной дорожки со смещением относительно третьего считывающего элемента 5 на величину, кратную четверти периода ее квантования. 2 ил. (Л. С

Формула изобретения

Преобразователь углового положения объекта, содержащий двигатель, на валу которого установлен дисковый модулятор с равномерноквантованной дорожкой, один из активных участков который выполнен удлиненным, жестко связанный с входным валом первый считывающий элемент, установленный против удлиненного активного участка равномерноквантованной др- рожки, установленные неподвижно на одной радиальной прямой второй и третий считывающие элементы, оптически связанные соответственно с удлиненным участком равномерноквантованной дорожки и с самой равномерноквантованной дорожкой, установленный неподвижно четвертый считывающий элемент, выходы считывающих элементов соединены с информационными входами одноименных формирователей импульсов, элемент ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с информационными входами первого регистра, генератор импульсов, второй счетчик и второй регистр, отличающийся тем, что, с

целью упрощения и повышения точности и надежности преобразователя, в него введены стабилизатор вращения и коллектор, а четвертый считывающий элемент установлен против равномерноквантованной дорожки со смещением относительно третьего считывающего элемента на величину, кратную четверти периода ее квантования, соединение первого считывающего элемента с одноименным формирователем импульсов выполнено через коллектор, который жестко связан с входным валом, выход генератора импульсов соединен с входами синхронизации формирователей импульсов и со счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго роегистра, выход первого формирователя импульсов соединен с управляющими входами регистров, выход второго формирователя импульсов соединен с входом обнуления первого счетчика, выходы третьего и четвертого формирователей импульсов соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом обнуления второго счетчика и с входом стабилизатора вращения, выход которого соединен с двигателем.

19

}

Фи2.1

„„wp) JfefffiT

Фиг. 2