БЕСКОНТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ КОД Советский патент 1973 года по МПК H03M1/26 

1

Изобретение относится к вычислительной технике, авто1матике и приборостроению.

В связи с развитием вычислительной техники и необходи1мостью в передаче различ-ной информации по бинарным каналам связИ возникает все большая потребность в устройствах ан а лого-дискретного преобразования.

Известны бесконтактные -преобразователи узла поворота вала в двоично-десятичный код, содержащие расположенные внутрИ кожуха основание, четыре статора, четыре ротора и выходную (Контактную колодку.

Обычно код формируется с помощью специальных дисков или барабанов, на которые нанесена кодовая маска. Для снижения габаритов (Преобразователи «вал - код часто выполняют Многооборотны.ми, с замедлением на диски старших разрядов по отношению ко входному валу.

Съем кода -произщодится рядом считывающих элементов, анализирующих кодовую маску. Наиболее соверщенны бесконтактные преобразователи, которые не имеют трущихся контактов считывающих элементов с кодовой маской. Бесконтактные прео-бразователи надежны и при малом мо.менте вращения обладают высоким быстродействие.м.

Однако известные преобразователей «вал - код позволяют -получить только либо циклические коды (наиболее часто - код Грея), либо специальные (наиболее часто - код Баркера).

Подобные коды требуют до1полнительных логических преобразований для использования их при вычислительных опер.ац«ях (наиривдер, для ввода в ЭВМ) или для натлядной цифровой индикации в системе «человек-машина.

Использование циклических или специальных кодов усложняет в целом систему «аналог- код - потребитель и увеличивает продолжительность передачи инфор мации и вычислительных операций.

Более нредиочтительно использование класса нециклических взвешенных (т. е. «вес каждого разряда постоянен) кодов.

В частности, в системе «человек - машина наиболее удобен двоично-десятичный код, дающий (Примерно шестикратный э ффект по сравнению с циклическими кодами.

Однако построение бесконтактных преобразователей «вал - код, дающих на выходе нециклические коды, свя;зано с решением ряда проблемных вопросов, основными из которых являются.:

1)исключение неопределенности при изменении кода;

2)обеспечение непрерывности съа.ма кода при вращении вала;

3)получение достаточно хорощето соотношения сигнал/помеха при кодировании символов «единиц-а и «нуль в каждом разряде кода; 4)упрощение логичеокото построения схемы съема кода; 5)достил ение приемлемых га-баритов « относительной пр-остоты конструкция. Пр-едлагаемый бесконтактный многооиоротный преобразователь позволяет получить на выходе любой нециклический взвешениый код (в частности, наиболее распространенный двоИчно-десятичный) и отличается от известных преобразователей упрощенной конструкцией и меньшими габаритами. НовИЗну предлагаемого устройства составляет одновременное сочетание трех существенных зависимых признаков: дискретной перадачи между дисками с кодовыми масками, двойного (относительно числа разрядов ;кода) количества чувствительных элементов, отдельного управляющего раз-ряда. Каждый из данных признаков известен. Известно также сочетание :двойно.го количества чувствительных элементов и упра-влянощего разряда. Однако использование только одного ИЗ Признаков или любого их попарного сочетания принципиально не позволяет создать преобразователь «вал - код, дающий нециклический код (в частности, двоично-десятичный). Толыко одновременное сочетание трех выщеуказанных зависимых признаков дает новый положительный эффект -- возможность получения любого нециклического кода. Преобразователь представляет собой многооборотный -бесконтактный датчик двоичнодесятичного кода. Каждый десятичный разряд-де-када ко-дируется четырьмя разрядами двоичного кода. На фиг. 1 изображ-ены продольный и поперечный раЗрезы четырехдекадного щвоичнодесятичного преобразователя; на фиг. 2 - амплитудные характеристики импульсных сигналов управляющего разряда и обеих головок первого разряда первой декады в зависимости от угла поворота входного вала; указаны также моменты п-ерехода от выборки одного ряда головок к вы:бо-р1ке другого. Преобразователь содержит четыре -статора /-4, четыре ро-тора 5-8, .контрольные штифты 9, виНты 10, дер-жатели с магнитными головками //-14, медные кодовые диски 15- 18, запирающий диск 19, -колесо с зубчатьгми секторами 20, трибку 21, зубчатое колесо 22, ротор первой декады 23 с подщипникамИ 24 и 25, н-еподвил{ную ось статора 26, основание 27, подщипннки диска управляющего разр-яда 28, диск управляющего разряда 29, зубчатое колесо павыщающей передачи 30, блок зубчатых КОлес 31, ПОДШИПНИКИ 32 второго, третьего и четвертого роторов, выходную колодку 33 и к-ожух 34. Каждая декада пр-еобразователя состоит из статора- (корпуса) И ротора. Статоры, соединенные д-руг с другом 1ПО посадке с помощью контрольных штифтов 9 и витков 10, образуют общий корпус преобразователя. На статоре каждой декады ра-сположено по четыре держателя с магнитными головка-ми, которые являются чувствительны.ми (считывающими) элем-ентами. Ка-ждый ротор имеет четыре медных КОДОВЫХ ди-ска для фотора первой декады но числу двоичных разрядов в декаде. Диски, зубцы которых входят в возду-шные зазоры м-агнитных головок, установлены с начальным разворотом друг относительно друга, соответствующим угловому положению магнитных голово-к. Все роторы последовательно связаны друг с другом аналогичными механиз-мами дискретн-ого переноса двил-сения; -механизм переноса движения с первого фотора на второй состоит из запирающего -диска 19, -колеса с двумя зубча-тыми сектора-м-и, три-б-Ки 21 с укороченными через один зубцами и зубчатого колеса 22. Рото-р первой декады жестко связан со входным валом 23 и вместе с ни.м установлен спо-дшипниками- 24 и 25. На входнО|М в-алу Рядом с ротором первой декады, на подшипнИках 28 свободно установлен диск управляющего разряда 29, магнитная головка которого располо-л е«а в одноМ из держателей магнитных 1ГОЛОВ-ОК первой декады. Диск 29 связан со входным валом повышающей передачей 4:1, которая состоит из зубчатого кол-еса 30 и блока зубчатых колес 31. На корпусе четвертой декады установлена выходная колодка 33 с диодными схемамИ (НЛИ). Снаружи преобразователь закрыт защ.итным кожухом 34. Каждая магнитная головка преобразователя постро-ена ino принципу трансформаторного съема сигнала. Она представляет собой ферритовый тороидальный сердечник с зазором (см. разрез по Б-Б фиг. 1). На сердечнике имеются обмотка опроса и обмотка съема. Нри подаче импульса тока в об-мотку опроса на ней в случае отсутствия зубца диска в зазоре сердечника съема возникает импульсный сигнал (символ «единица в данном разряде); при наличии зубца диска в зазоре сигнал на Обмотке съема не появляется (си .мвол «ноль), так как магнитный поток в сердечнике ко-мпенсир-уется пол-ем вихревых токов, на-водимых в м-еталле зубца. Кодовая маска представлена, таким обраЗОм, конфигура-ци-ей (шириной и количеством) зубцов дисков (см. разрез по А-А фиг. 1). Для исключения неоднозначности при изменении -Числа применено одновременное сочетан-ие двойного количества ч-у-вствительных элементов («двойная шетка), дискретной передачи движения между декадами и отдельного управляющего разряда. Как отмечалось выше, только одновременное сочетание этих зависимых признаков позволяет получить на выходе преобразователя любой нециклический «взвешенный код, в частности наиболее удобный двоично-десятичный с кодированием цифр каждой декады кодом 8-4-2-1. Нри иопользовании классического метода «двойной -щетки (т. е. двух рядов считывающих элементов, в на1шем случае магнитных головок 11, 12 - опережающийряд; 13, 14 - отстающий ряд) они должны быть разнесены от Линии считывания на +0,5 угловой градации младшего разряда. Однако из-за конечных угловых размеров головок это прнвело бы к необходимости увеличить дисков 15- 18, т. е. габариты самого преобразователя. С целью уменьш-евия диаметра преобразователя и упрощения кОНструкции все кодирующ«е диски разрядов имеют двойное число градаций, т. е. цифры от О до 9 кодируются за лоловину оборота соответствующего ротора, угловая щирина градации лервого разряда равна 18°. Это позволяет располож-ить головки одноименных разрядов под углом 180°+0,5 градации управляющего разряда, что значительно уменьшает необходимый (исходя из габаритов гол-овок) диаметр преобразователя. Кроме того, с целью уменьщения шага между дисками 15-18, т. е. общей длины преобразователя, магнитные головки четных и нечетных разрядов каждого ряда установлены в разных держателях, которые разнесены на некоторый угол, определяемый конструктивно. Кодовые диски также расположены с некоторым разворотом. Ввиду того, что преобразователь многооборотный, щирина (угло-вая) градации первых разрядов всех декад одинаковая, что не позволяет цр именить известный метод выборки «отстающего или «опережающего рядов считывающих элементов по командам первого разряда. Для выборки соответствующего ряда головок введен специальный улравлятощий разряд (диск с головкой), обеспечивающий переход с одного ряда на другой два раза за время прохождения одной градации первого разряда, т. е. угловая щирина его градация е два раза меньще, чем щирина градации первого разряда любой декады. Так как датчик бесконтактный, то, очевидно, сигнал управляющего разряда (как и любого другого) Имеет конечную крутизну нарастания как фунцию угла поворота кодирующего диска. Малая крутизна сигнала управляющего разряда увеличивает зону неопределенности вьгбора того или иного ряда считывающих головок, что, fs свою очередь, предъявляет дополнительные требования к точности изготовления деталей, установке кодирующих диско-в, дискретной передаче и т.д. Это удорожает преобразователь, снижает отнощение сигнал/юомеха и ограничивает максимаяьно возможное количество разрядов преобразователя. С целью увеличения крутизны нарастания амллитуды сигнала управляющего разряда, его ротор 5 связан со входным валом 23 повыщающей передачей 4 : 1 (механизм ускорения), а диск имеет пять зубцов и пять впадин по 36°. Таким образом, щирина градации управляющего разряда, приведенная ко входноу валу, равна 9°, т. е. в два раза меньще щиины градации перв-ого разряда любой декаы. Из представленных на фиг. 2 амплитудных арактеристик импульсных сигналов управяющего разряда и обеих головок первого разряда первой декады в зависи-мости от утла оворота входного вала видно, что крутизн; (тангенс угла наклона) характеристики управяющего разряда в три раза больще, чем крутизна характеристик остальных разрядов. Движение роторами декад передается с помощью механизмов переноса, как в обычном десятичном счетчике. Каждый ротор предыдущей декады имеет колесо 20 с зубчатыми секторами, расположенными под углам 180° друг к другу. Количество зубцов на секторах и трибах 21 выбрано с таким расчетом, чтобы за Время их взаимодействия ротор последующей декады поворачивается на 18°, т. е. на величину градации первого разряда. Таким образом, через каждые 1/2 оборота ротора предыдущей декады ротор последующей декады поворачивается на величину градации первого разряда, или 1/20 часть оборота. Предмет и з о б ,р е т е Н и я Бесконтактный преобразователь угла поворота в двоично-десятичный код, содержащий кожух, расположенные внутри него основание, четыре статора, которые жестко соединены между собой контрольными штифта.ми и винтами, четыре ротора, первый из которых жестко связан со входным валом, а каждый из остальных установлен в двух подшипниках, которые укреплены на неподвижной оси статора, выходную контактную колодку, укрепленную на четвертом статоре, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения преобразователя, в него введены управляющий диск, механизм переноса движения роторов, содержащий для каждой пары смежных роторов запирающий диск, колесо с двумя зубчатыми секторами, Брубку с укороченными через один зубцами и зубчатое колесо, зубчатая передача, а каждый статор снабжен четырьмя держателя.ми с магнитными головками, каждый ротор снабжен четырьмя зубчатыми кодовыми дисками, причем первый ротор установлен в двух подщишниках, один из которых закреплен на неподвижной оси статоров, а второй ротор установшен на основании, зубцы кодовых дисков расположены в воздущных зазорах магнитных головок, управляющий диск установлен на входно.м валу на двух подшипниках и соединен со входным валом через зубчат)Ю передачу, зубчатое колесо которой установлено на входном валу, а магнитная го-ловка управляющего диска расположена в одном из держателей первого статора.