ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ Советский патент 2007 года по МПК H03M1/24 

Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к устройствам преобразования углового перемещения антенны РЛС.

Изобретение может быть использовано в радиолокации в системах преобразования азимутальной информации РЛС.

Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение радиолокационного комплекса 5Н69 [1], состоящий из блока датчиков, линии связи, блока управления, блока шагового двигателя, повторителя вращения и сервоусилителя.

Недостатком преобразователя является его громоздкость и сложность из-за наличия электрических блоков, невысокие точность преобразователя и надежность (вследствие искажений при передаче информации по линии связи и наличия редуктора).

Известны также преобразователи, выполненные в виде цифро-аналоговых следящих систем, например по а.с. №572774. Эти преобразователи содержат блоки формирования кода, преобразователи код-аналог, усилители, двигатели, сельсины и вращающиеся трансформаторы обратной связи. Этим преобразователям присущи те же недостатки, что и указанные выше.

Из известных преобразователей угла поворота вала в напряжение наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угла поворота валов в напряжение, содержащий датчик угла, механически связанный с валом антенны, счетчик импульсов, дешифратор, линию связи и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), вырабатывающий аналоговые сигналы для сопряжения с автоматизированными системами управления (АСУ) и другими системами РЛС.

Датчик угла преобразует угловое перемещение вала антенны в азимутальную информацию в форме двух последовательностей импульсов: 2ⁿ импульсов (унитарный код), где число n определяется заданной точностью преобразования, и один импульс (сигнал "Север") за оборот вала антенны, которые поступают на счетчик импульсов, а также по линии связи передаются на цифроаналоговый преобразователь. Из этих импульсных последовательностей счетчик импульсов формирует сигналы для дешифратора. Дешифратор представляет собой логическую схему, определяющую по показанию двух старших разрядов счетчика импульсов перемещение вала антенны из одного квадранта круга в другой. С выхода дешифратора сигналы, соответствующие повороту вала антенны на 90° (импульс "Восток"), на 180° (импульс "Юг") и на 270° (импульс "Запад") по линии связи передаются на цифроаналоговый преобразователь. ЦАП вырабатывает аналоговые сигналы в виде синусно-косинусных напряжений. Данный преобразователь обеспечивает сопряжение с АСУ и другими системами РЛС; однако имеет недостаточную точность передачи азимута из-за пропадания информации в линии связи (пропадания вызываются затуханием радиосигналов в тропосфере). Вследствие этого в преобразователе при вращении антенны накапливается ошибка, которая устраняется только четыре раза за оборот с приходом сигналов "Север", "Восток", "Юг" и "Запад".

Целью данного изобретения является повышение точности преобразования за счет исключения ошибки, связанной с пропаданием информации в линии связи.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь угла в напряжение, содержащий датчик угла, счетчик, дешифратор, линию связи и ЦАП, выход которого является выходом преобразователя угла, второй, третий, четвертый и пятый входы ЦАП соединены с выходами линии связи, первый и второй входы линии связи соединены с выходами датчика угла и входами счетчика импульсов, выход которого соединен с входом дешифратора, а выходы дешифратора соединены с третьим, четвертым и пятым входами линии связи, между первым выходом линии связи и первым входом ЦАП введены последовательно соединенные второй счетчик импульсов и схема объединения, при этом второй вход схемы объединения соединен с первым входом второго счетчика импульсов, второй вход которого служит для подключения к источнику опорных импульсов.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и графическими материалами.

На фиг.1 и 2 представлены структурные схемы, соответственно, предложенного преобразователя угла поворота в напряжение и прототипа, где обозначено:

1 - датчик угла;

2 - первый счетчик импульсов;

3 - дешифратор;

4 - линия связи;

5 - цифроаналоговый преобразователь;

6 - второй счетчик импульсов;

7 - схема объединения.

На фиг.3 представлена структурная схема варианта ЦАП, где обозначено:

8 - счетчик импульсов;

9 - дешифратор;

10 - преобразователь код-напряжение (ПКН).

Предложенный преобразователь содержит датчик угла 1, первый счетчик импульсов 2, дешифратор 3, линию связи 4, ЦАП 5, второй счетчик импульсов 6 и схему объединения 7, причем выходы датчика угла 1 соединены с линией связи 4 и первым счетчиком импульсов 2, выход которого соединен с дешифратором 3. Дешифратор 3 соединен с линией связи 4, которая соединена с ЦАП 5 непосредственно и через последовательно соединенные второй счетчик импульсов 6 и схему объединения 7.

Счетчики импульсов 2 и 6 являются двоичными и могут быть выполнены по схеме, приведенной в [3, стр.187, рис.3.1-29]. Дешифратор представляет собой логическую схему, определяющую по показанию двух старших разрядов первого счетчика 2 перемещение вала антенны из одного квадранта круга в другой, и может быть выполнен аналогично схеме, приведенной в [3, стр.189, рис.3.1.49]. В качестве линии связи 4 обычно используется радиоканал, включающий в себя передающую и приемную антенны, приемник и передатчик. Схема объединения 7 представляет собой логическую схему ИЛИ и может быть выполнена по схеме, приведенной в [3, стр.185, рис.3.1.15].

Вариант структурной схемы ЦАП 5, приведенной на фиг.3, содержит последовательно соединенные счетчик 8, дешифратор 9 и преобразователь код-напряжение (ПКН) 10.

Счетчик 8 является двоичным, на первый вход которого поступает текущий унитарный код, а на второй, третий, четвертый и пятый входы подаются сигналы, соответствующие поворотов вала антенны на 0° (импульс "Север"), на 90° (импульс "Восток"), на 180° (импульс "Юг") и на 270° (импульс "Запад"). Счетчик 8 может быть выполнен по схеме, приведенной в [3, стр.187. рис.3.1.29]. Дешифратор 9 является логической схемой, выполненной на 3-х микросхемах типа 133 ИД3 и может быть реализован, например по схеме, приведенной в [3, стр.187, рис.3.1.44]. ПКН 10 состоит из ключей, резисторов и усилителей, в качестве ПКН может быть использована схема, приведенная в [4, стр.30, фиг.4].

Преобразователь угла работает следующим образом.

При вращении вала антенны датчик угла 1 преобразует угловое перемещение вала в дискретную информацию, представляющую собой две последовательности азимутальных импульсов: унитарный код в виде 2ⁿ импульсов за каждый оборот вала антенны, где число n определяется заданной точностью преобразования и один импульс (сигнал "Север").

Эти сигналы поступают на вход первого счетчика импульсов 2 и на первый и второй входы линии связи 4. Первый счетчик импульсов 2 вырабатывает азимутальный двоичный код, который дешифратором 3 преобразуется в три последовательности "Восток", "Юг", "Запад" по одному импульсу за оборот вала антенны. Текущий унитарный код 2ⁿ с первого выхода линии связи 4 устанавливает в исходное состояние второй счетчик импульсов 6 и через схему объединения 7 поступает на первый вход ЦАП 5, на второй вход которого поступает импульс "Север" со второго выхода линии связи 4. ЦАП 5 вырабатывает аналоговое синусно-косинусное напряжение.

Импульсы "Восток", "Юг" и "Запад", поступающие с дешифратора 3 через линию связи 4 на третий, четвертый и пятый входы ЦАП 5, производят дополнительную коррекцию преобразования каждые четверть оборота вращения вала антенны, что позволило повысить точность преобразования азимутальной информации в случае ее искажения в линии связи 4.

На счетный вход второго счетчика импульсов 6 поступают опорные импульсы, частота f_o которых выбирается согласно следующему выражению:

f_т·2^к>f_о>m·f_т·2^к;

где f_т - частота текущего унитарного кода, поступающего на установочный вход счетчика импульсов 6;

к - число разрядов счетчика импульсов 6;

m - коэффициент, определяемый требуемой точностью восстановления, принимает следующие значения:

1>m>0,5.

При пропадании текущего кода в линии связи 4 на выходе второго счетчика импульсов 6 формируется восстановленный текущий код и через схему объединения 7 поступает на первый вход ЦАП 5, что позволяет уменьшить азимутальную ошибку, накапливаемую преобразователем угла за каждую четверть оборота вала антенны, то есть повысить точность преобразования.

ЦАП 5 работает следующим образом.

Счетчиком 8 из текущего унитарного кода и импульсов "Север", "Восток", "Юг" и "Запад" формируется параллельный код, который поступает на вход дешифратора 9. Дешифратор 9 формирует управляющие сигналы для ПКН 10, который из этих сигналов и опорного напряжения формирует аналоговые напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота антенны.

Таким образом, введение в преобразователь угла поворота вала в напряжение последовательно соединенных второго счетчика импульсов и схемы объединения позволило, по сравнению с прототипом, который является и базовым объектом, повысить его точность за счет восстановления передаваемой информации.

Например:

в прототипе при пропуске 5 импульсов текущего кода 2ⁿ подряд, при вращении антенны со скоростью и при n=9 ошибка преобразователя составит

в течение квадранта (т.е. за 2,5 с), которая устраняется с приходом импульсов "Север", "Восток", "Юг" и "Запад".

В предлагаемом преобразователе угла при аналогичном пропуске, при той же скорости вращения, при n=9, к=4 и f_o=700 Гц ошибка преобразования составит Δβ<0,7°, которая устраняется в течение 0,1 с с приходом каждого шестого импульса текущего кода.

По данному техническому предложению на предприятии изготовлен образец, который прошел испытания в составе изделия.

Источники информации

1. Техническое описание радиолокационного комплекса 5Н69 (блок АЗМ-04. Жг2.084.014).

2. "Аналоговые и цифровые интегральные схемы" под ред. С.В.Якубовского, Москва: Советское радио, 1979 г.

3. "Электроника" №22, Москва: Мир, 1970 г.

Изобретение относится к области автоматики, вычислительной техники и может быть использовано в радиолокации в системах преобразования азимутальной информации РЛС. Техническим результатом является повышение точности преобразователя. В преобразователь угла поворота вала в напряжение введен счетчик и элемент И. Дополнительный вход линии связи соединен с первыми входами элемента ИЛИ и второго счетчика, первый вход которого является входом опорных сигналов, а выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ. С дополнительным входом цифроаналогового преобразователя соединен выход элемента ИЛИ. 3 ил.

Преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий датчик угла, выходы которого соединены с первой группой входов линии связи и входами первого счетчика, выход которого соединен со входом дешифратора, выходы которого соединены со второй группой входов линии связи, выходы которой соединены с группой основных входов цифроаналогового преобразователя, выходы которого являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены второй счетчик и элемент И, а линия связи выполнена с дополнительным выходом, который соединен с первыми входами элемента ИЛИ и второго счетчика, первый вход которого является входом опорных сигналов, а выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с дополнительным входом цифро-аналогового преобразователя.