ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА Советский патент 1973 года по МПК H03M1/24 

1

Изобретение относится к автоматике.

Датчик служит для ирсиизионного измерения угла поворота вала с выдаче сигнала в цифровой форме и предназначен для работы в оптико-механических приборах и точных станках.

Известны датчики угла поворота вала, в которых для введения несущей частоты, облегчающей обработку сигнала и повышающей точность отсчета угла, используется модуляция светового потока при помощи механических модуляторов. Модуляция осуществляется центрально-радиальной щтриховой маской, ириводимой в движение электродвигателем.

Однако применение электродвигателя ограничивает точность отсчета угла.

PisBecTHbi также датчики угла поворота вала, в которых в качестве механизма модулятора используется кольцевой камертон с укрепленной на нем модулирующей маской.

Однако у этих датчиков нелинейные участки, обусловлениые синусоидальностью колебаний модулирующей маски, снижают точность датчика при нреобразоваиии выходных сигналов.

Целью изобретения является увеличение точностн работы датчика.

Для этого в датчике введены коммутатор, логическая схема и блок обработки сигнала,

а измерительная маска содержит дополнительно одну пли несколько дорожек с равными прозрачными и ненрозрачными щтрихами, причем входы логической схемы и входы коммутатора соединены с фотонрнемниками, а выход логической схемы через коммутатор подключен к блоку обработки сигнала.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена схема датчика; на фиг. 2 - маски модулятора.

Датчик угла поворота вала содержит измерительный вал 1 (фиг. 1), с которым связана

маска 2. Л одулиштриховая измерительная

рующая маска о укреплеиа на кольцевом камертоне 4, нриводимом в действие системой возбул дения 5. Измерительная маска 2 иредставляет собой стеклянный диск, на который нанесены несколько растровых дорон ек (фиг. 2) с равными прозрачными и пеирозрачными штрихами, причем штрихи иа дорожках сдвинуты относнтельно друг друга на величину, равную , гле Т - ишг штрихов, п - количество растровых дорожек. Модулирующая маска 3 представляет собой стеклянный диск, на который нанесена растровая дорожка с радиальными узкими прозрачнымп штрпхами, приче:м шаг модулирующей маски совпадает с шагом из eplIтельной. Количество штрихов масок определяет оптическую редукцию системы и может достигать нескольких сот и даже тысяч. Световой поток от источников 6 света через светопровод 7 и маски 2 и 5 попадает иа кольцевые фотоприемиики 8, число которых равно числу растровых дорожек измерительной маски 2. Электрические сигналы с фотопрнемников 8 через коммутатор 9, управляемый логической схемой 10, поступают в блок // обработки сигнала. Датчик работает следующим образом. Кольцевой камертон 4 приводится в действие системой возбуждения 5. При этом модулирующая маска 3, укрепленная иа камертоне 4, начнет колебаться. Размах колебаний камертона выбирают несколько больше половины шага растра для того, чтобы модуляция не прекращалась ни на одной дорожке при любом повороте измерительной маски. При колебаниях модулирующей маски ее щтрпхи будут двигаться относительно штрихов измерительной маски (фнг. 2), и на фотоприемниках 8 будут появляться световые импульсы. Длительность световых импульсов будет изменяться в зависимости от угла поворота вала, причем эта зависимость из-за синусоидальности колебаний камертона будет нелинейной (арксинусной). Для малых значений аргумента арксинус можно представить самим аргументо.м. Так например, при использовании четырех дорожек максимальное значение аргумента можно принять равным 0,4 рад, ошибка аппроксимации в этом случае ие превысит 3%, что позволит получить шесть двоичпых разрядов. Преобразование длительности импульса в двоичный код может производиться любым известным способом, например подсчетом числа заполняющих импульсов. Для сохранения линейности преобразоваиия во всем диапазоне углов от О до Г рядом с первой дорожкой па измерительной маске располагают вторую, у которой штрихи но отношению к первой дорожке сдвинуты на величину, равиую или несколько меньшую линейной зоны. Тенерь нри увеличении угла свыше допустимого для первой дорожки необходимо перейти на вторую дорожку, для которой линейная зона только начинается. Если диапазоп углов в пределах шага штрихов измерительиой маски (от О до Т) не перекрывается линейными зонами двух дорожек, необходимо добавить третью и так иостунать до тех нор, пока не будет перекрыт весь днапазон измеряемых углов. При этом количество дорожек определяется числом линейных зон, укладывающихся на ноловпне шага штрихов измерительной маскн Ь, где b - величина линейной зоны. Выразив отсюда величину линейной зоны Ь, получим . При переходе с первой дорожки на вторую и последующие дорожки следует учитывать их сдвиг относительно первой дорожки и добавлять этот сдвиг к показаииям датчика. Удобнее всего сделать этот сдвиг равиым цеие делеиия старшего разряда и нри переходе с дорожки на дорожку добавлять единицу в старший разряд датчика. Линейные зоны дорожек измерительной маски перекрывают весь диапазон измеряемых углов в пределах шага маски. При изменении угла от О до 7 необходимо последовательно переходить с нулевой зоны на нервую, с первой на вторую и т. д., причем при каждом переходе следует добавлять едииииу к старшим разрядам отсчета. Практически можно считать, что старшие разряды представляют собой номер линейной зоны, в которой осун1ествляется в данный .момент нзмерение длительности сигнала. Задача логической схемы заключается в опрелТ.елении рабочей дорожки, т. е. дорожки, в которой изменение длительиости происходит линейно от угла поворота, н иодключепип выходиого сигнала с фотоприемиика выбранной дорожки к системе измерения длительности сигиала, которая пропорциональна углу поворота. При определении рабочей дорожки определяется одновременно и номер рабочей линейной зоны, а следовательно, старшие разряды отсчета, младшие же разряды выдаются системой измерения длительности сигнала. Определение номера рабочей лииейной зоны наиболее удобно нроизводнть в крайнем ноложенни модулирующего штриха, т. е. когда он отклонен на полную амплитуду от среднего положеппя. При этом комбинация импульсов, сиимаемых одновременно со всех дорожек, однознач.но онределяет помер рабочей лииейной зоны. Предмет изобретения Датчнк угла поворота вала, содержащнй измернтельную маску, выполненную в виде стеклянного диска с нанесенной па нем дорожкой с равными прозрачпымн и непрозрачными штрихами, укреиленную на валу, .модулирующую маску, выполненную в виде стеклянного диска с радиальными узкими прозрачными штрихами, укреиленную на кольцевом камертоне, источники света, установленные перед маскамн, и кольцевые фотоприемники, расположенные за маска.ми, отличающийся тем, что, е целью увеличения точиости работы датчика, в него введены коммутатор, логическая схема и блок обработки сигнала, а измерительная маска содержит дополиительно одну или ршсколько дорожек с равиыми прозрачными и непрозрачными штрнхами, причем входы логической ехемы и входы коммутатора соедииеиы с фотоприемииками, а выход логической схемы через ко.ммутатор подключен к блоку обработки сигиала.