СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛОВОЙ Советский патент 1973 года по МПК G01P3/481 H03M1/64 

Йзобретение относится к апособа м преобразава1вия угловой скорости вращения вала в частоту следования импульсов. Из1вестен способ преобразования угловой С|корост1и вращения вала ф в частоту F следования импульсов (или, ииаче говоря, способ формирования производной от угла поворота вала ф в виде частоты F следования импульсов). Известный способ преобразования угловой скорости вращения вала в частоту следования имоульсов обеспечивает преобразование скорости вращения вала только в малом динамическом диалазо1не Dj от 1 град/сек и выще. Динамический диапазон D преобразования скорости вращения вала Г). Умакс представляет собой отношение максимальной скорости фмаке вала и минимальной скорости вала флщп, преобразуемой с заданной погрещНОСТЬЮ бфлшц. Преобразование угловой скорости вращения Вала в малом динамическом диапазоне обусловлено очень больщой величиной Дф изменения угла поворота вала (дискретного Шага квантования угла поворота вала), соответствующей периоду времени между двумя следующими один за другим выходными импульсами. Пределом у: 1епьщеиия величины Аф является увеличение диаметра диска устройства. Предложенный способ преобразования (измерения) угловой скорости вращения вала ф в частоту F следования имлульсов состоит в следующем. Для преобразования (измерения) скорости вращения вала в частоту следования имиульсов F: генерируют постоянное по фазе высокочастотное высокостабильное синусоидальное (эталонное) напряжение с периодом Т (фиг. 1а); из постоянного по фазе высокочастотного высокостабильного синусоидального напряжеиия формируют переменное по фазе высокочастотное высокостабильное синусоидальное напряжение с периодом Т, равным периоду ПОСТОЯ1ННОГО по фазе высокочастотного высокостабильного синусоидального напряжения (фиг. 16); скорость вращения вала ф преобразуют в скорость а изменения фазового сдеига а переменного по фазе высокочастотного синусоидального напряжения относительно постоянEofo по фазе высокочастотного синусоидального напряжения (фиг. la, б); формируют выходные Имшульсы (рис. 26) 3 моменты (ts) совпадения фазы (II-3) второго (II) высо1кочастот«о.го синусоидального напряжения (фиг. 2а) с фазой первого (I) высокочастотного синусоидального напряжения (фиг. 2а) при изменении |фа3ового сдвига a(ai а-2 аз .-) между ними на величину Да, равную каждому периоду () этих высокочастотных синусоидальных напряжений (фйг. 2а). ПредложеПНый способ преобразования угловой скорости вращения вала в частоту следования импульсов обеспечивает преобразование скорости вращения вала в большом динамическом диапазоне от 0,01 град/сек и выше. Верхний предел преобразования скорости не имеет ограничений. Преобразование угловой скорости вращения вала IB большом дил а мическом диапазоне достигается за счет о беспече ия очень малой величины Дф изменения угла поворота вала (диокретного шага квантования угла поворота вала), соответствующей периоду времени между двумя следующими друг за другом выходныМИ импульса-ми. Малая 1вел1ичина Дф достигается за счет выбора очепь малой величины Да изменения фазового сдвига синусоидальных напряжений (дискретного шага ква нтования фазового сдвига), соот1ветст1вующей-периоду между двумя выходными и 11пульсами. Величина Да, равная периоду Т высокочастотных синусоидальных напряжений ,(2) может быть получена очень малой за счет выбора большого значения -частоты /. сннусоид,альных напряжении. Предлага-емый способ преобразования угловой скорости вращения вала по срав1нению с из|Вестны.м позволяет увеличить в раз дина-мический диапазон Z)j преобразования скорости ф вращения вала, определяемое отношеннем q дискретных шагов Дф, Дф квантовав ня у-гла поворота .вала Д соответственно равных ,2° и больше, 0,ООГ н меньше. Способ позволяет преобразовывать мадое значение мннимальной скорости фш,п вращения вала (флп111 0,01 град/сек и ниже) за счет очень малого дискретного шага Дф квантования угла поворота ф вала ,ООГ меньше). На основе предложенного способа могут быть построены совершенные устройства, обеспечивающие значительно больший динамический диапазон преобразования скорости вращения вала в частоту следования импульсов. На фиг. 1, 2 изображены временные диаграммы, иллюстрирующие способ; на фиг. 3, 4 - варианты устройств для преобразо1ванйя скорости вращения вала в частоту следования ИМП} ЛЬСОВ Одним из устройств для преобразования скорости вращения вала ф в частоту следования илипульсоВ F, построенным на основе предложенного способа, жвляется устройство, функциональная схема которого показана на фиг. 3. Устройство включает в себя генератор / высокочастотного синусоидального напряжения, делитель частоты 2, фазорасщепительное устройство 3, многонолюсный (индуктивный или ем1костной) фазовращатель 4, умножитель частоты 5, устройство сравнения фаз 6. Принцип действия устройства состоит в следующем. Генератор У вырабатьшает синусоидальное высокочастотное напряжение со стабильной частотой f-j. Папряжение с частотой /3 поступает на делитель-частоты 2, который производит преобразование частоты, уменьшая ее до значения /ум, необходнмого для питания низкочастотного Многополюоного (индуктивного или ем1костного) фазовращателя, согласно за1ВисИмости fy,, ,,(4) где Кум-коэффициент преобразования частоты /о в частоту /ум. Питание статора фазовращателя производится через фазорасщепительное устройство 3. Многополюсный фазовращатель 4 осуществляет преобразование угла поворота вала ф его ротора относительно с татора в фазовый сдвиг аф синусоидального напряжения с частотой /фв, равной частоте /ум(), снимаемого с ротора фазовращателя, относительно опорного синусоидального напряжения с частотой /ум, подаваемого на питание его статора, согласно зависимости «Ф Афв-Т,(5) где /Сфв- Коэффициент преобразования угла поворота вала фв фазовый сдвиг афСлачователь-но, миогополюсный фазовращатель 4 нроиз Водит преобразование скорости враще-ния ф его ротора относительно статора в- скорость иЗМбнения фазового сдвига аф согласно зависимости УФ- (6) Сдвинутое по фазе на угол а,|, сннусоидаль„ое нанряжение с выхода фазовращателя поступает на умножитель 5, который произщодит преобразование частоты /фв, увеличивая ее до значения /ув, равного значению частоты /ч генератора (/ув /э) /ув - уа/фв)(/ где Куп - Коэффициент преобразования частоты /фп в частоту /ув. В результате одновременно с нреобразование.м угла, поворота ф ротора фазовращателя в фазовый сдвиг ссф производится преобразование угла поворота ф в -фазовый сдвиг а высокочастогного синусоидального напряжения с частотой /ув относительно эталонного высокочастотного си нусоидального напряжения, с частотой /э вырабатываемого генератором стабильной частоты, в соответствия с зависимостью« ,(8) где /Суф - коэффициент преобразования угла поворота вала ф в фазовый сдвиг а. Следовательно, производится преобразование скорости вращения ф ротора фазовращателя относительно статора iB скорость изме1нения фазового сдвига а согласно зависимости « .(9) Высокочастотное синусоидальное напряжение с частотой fg с выхода генератора и сдвинутое относительно него но фазе на угол ос синусоидальное напряжение с частотой /ув с выхода умножителя частоты 5 подается на устройство 6 сравнения фаз напряжеп:ий. Устройство производит сравнение текущего значения фазового угла (фазы) Сув высокочастотного синусоидального напряжения с выхода }1М1Ножителя частоты с текущим значением фазового угла (фазы) Сэ эталонного синусоидального напряжения с генератора н в моменты совпадения фазы аув с фазой Оэ производит формирование выходных Имлульсов при изменении фазового сдвига а между указанными синусоидальными напрял ениями на величину каждого периода. Частота F следования выходных имлулысов пропорциональна скорости вращения ф ротора фазовращателя относительно его статора. Определение направления поворота вала производится путем сопоставления порядка следования и мпулысов, сформироваН|Ных устройством в результате сравнения фазового угла осув с фазовыми углами аэ н аэ двух эталонных напряжений с генератора, одно из которы;х сдвинуто по фазе относительно другого на 1/4 дискретного шага Да. В зависимости от направления новорота вала последовательность имлульсов с частотой F вырабатывается на одном из двух выходов 7 и 8 устройства. На основе предложенного способа может быть построено и другое устройство для преобразования скорости вращения вала ф в частоту F следования импульсов, фун-кциональная схема которого показана на фиг. 4. Устройство включает в себя генератор 9 высокочастотного синусоидального напряжения, фазорасщепительное устройство 10, фазосдвигающее устрой ство 11, синус-косинусный потенциометр 12, устройство 13 сравнения фаз. Прин-цип действия устройства состоит в следующем. С генератора 9 высокочастотное оннусоидальное напряжение &т(() подается на фазорасщепительное устройство 10, с выхода которого высокочастотные синусоидальные Напряжения sin(2n/3-0 и соз(2л/э-0 поступают на фазосдвигающее устройство //, Угол поворота вала ф с помощью сннус-косинусного потенцио.метра 12 преобразуется в фунКцши sina и cosa, сни маемые с движков потенциометра. Б sina и cosa значение а определяется остью ЛГуф , где /Суф - коэффициент нреобразова1ния угла поворота вала ф в фазовый сдвиг а. Напряжения sina и cosa поступают на фазосдвигающее устройство 11. Принцип действия фазосдвигающего устройства // основан на решеини тригоно.метрнческого уравнения sin (2iTf gi -f а) sin ( /) - cos a + + cos(2n:fg-;)sin a. Выполнение операций умножения и суммирования производится с помощью множительных блоков н блока суммирования, в.ходящих IB состав фазосдвигающего устройства. С выхода электронного фазосдвнгающего устройства // поступает высокочастотное спнусопдальное напряжение sin(2.n/a- +ct), сдвннутое по фазе на угол ос относительно высокочастотного синусоидального напряжения sin(2,Trfa-0. вырабатываемого генератором 5. При изменении угла поворота вала ф производится преобразование скорости вращения вала ф в скорость изменения фазового сдвига а согласно завнси мости уф- Высокочастотное синусоидальное напряжение с частотой fa с выхода генератора и сдвинутое относительно него по фазе на угол а синусоидальное напрялсение с частотой /фсу с выхода фазосдвигающего устройства 11 подается на устройство 13 сравнения фаз напрялсений. Устройство производит сравнение текущего значения фазового угла (фазы) афсу высокочастотного синусоидального напряжения с выхода фазосдвигающего устройства с текущим значением фазового угла (фазы) а-.-, эталонного синусоидального напряжения с генератора п в моменты совпадения фазы афсу с фазой аэ производит формирование выходных импульсов при изменении фазового сдвига а мелсду указанными синусоидальными напряжения мн на величину каждого периода. Частота F следования выходных импульсов пропорциональна скорости вращения входного вала. Определение направления поворота вала производится путем сопоставления порядка следования имПЛльсов, сформированных в результате сравнения фазового угла афсу с фазовыми углами ося и аэ двух эталонных напряжений с генератора, одно из которых сдвинуто по фазе относительно другого на 1/4 дискретного щага Да. В зависимости от направления поворота вала последовательность импульсов с частотой F вырабатывается на одном из двух выходов 14 и 5 устройства.

7 Предмет изобретения

Способ преобразо1вания угловой скорости вращения вала в частоту следования имшульCOIB, основавный на формираваиии постоянного по фазе высокочастотного синусоидального напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона преобразования из постоянного по |фазе высокочастотного синусоидального напрял ения формируют перемен-ное по фазе высокочастотное синусоидальное напряжение с частотой, ра;вной частоте постоянного по фазе напряжения и со скоростью И31менения фазового сдвига, пропорциональной скорости «ращения вала, сравнивают фазы сформированных напряжений и при со;в падении фаз напряжений формируют выходные импульсы в моменты, соответст1В ющие периоду синусоидального напряжения,

г

л А

д

А Л

J-Цf- -V

11

11 и j

6

LIUIU

Фиг1

а

Фиг 2

db