УСТРОЙСТВО для ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА Советский патент 1973 года по МПК G01C1/02 

1

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано, в частности, в астрономических инструментах.

Известны фотоэлектрические преобразователи угла поворота вала в код, состоящие из лим-ба -(совмещенного с кодированным диском) несколько радиальных штрихов которого изображаются объективом в плоскости анализирующето диска, установленного подвижно, неооосно с лиМбом и снабженного приводом. На анализирующем диске выполнены рядовые штрихи, реперные «старшие радиальные штрихи и анализирующие щели в виде спиралей Архимеда.

Для считывания целых делений лимба последний должен быть совмещен с кодированным диском и включать в себя источник света, щель считывания кода, светочувствительKbie элементы, регистрирующее уст|ройство и счетчик рядовых штрихов. Отсчет лимба состоит в измерении расстояния между некоторум нудевьщ положением спиралей Архимеда и положением щт1рихов лимба (или их изображений) в данный момент. Нулевое положение спиральных линий определяется их положением в момент прохождения реперного радиадьного щтриха мимо неподвижной щели считывания кода. Измерение расстояния между нулевым положением спиральных линий и положением щт1рихов лиМба сводится к измерению угла поворота спиралей Архимеда относительно их нулевого положения.

Отсчет положения лимба в известных устройствах производится всего по нескольким его штрихам, что не исключает случайной ошибки их нанесения. При применении спиралей Архимеда в качестве анализирующих щелей увеличить количество отсчетов за один оборот анализирующего диска, например, на два порядка, невозможно, так как требуется выполнить двухсотзаходную спираль.

Ввиду несооспости вала с кодированным диском и вала, на который посажен анализирующий диск, это устройство конструктивно сложно, и в любом случае его радиальные размеры всегда будут больше диаметра кодированного диска на величину диаметра анализирующего диска, что ограничивает возможность его использования в автоматических устройствах.

Масштаб, т. е. количество рядовых штрихов, вмещающихся в угловой единице, предполагается постоянным, а это увеличивает погрешность отсчета угла. Измерять же средний масштаб по всем штрихам лимба вообще невозможно.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить случайную погрешность фотоэлектрического П1реобразователя угла поворота вала в код, что особенно важно при иснользованин его в, астрономических приборах. Точность преобразования угла поворота вала в код повышается благодаря тому, что устройство снабжено неподвижным .ли.мбом с индексом, установленным концентрично относительно кодированного диска. Анализирующий диск установлен соосно с кодированным диском часть его, находящаяся напротив кодированного диска, выполнена прозрачной, Реперные и рядовые штрихи нанесены за пределами прозрачной части анализирующего диска, а его щели выполнены радиальными и расположены напротив радиальных штрихов кодированного диска. На/против этих штрихов и Штрихов неподвижного лимба установлен источник света в виде кольца, а с противоположной стороны кодированного диска помещено оптическое устройство, например линза, для сбора света на дополнительном свё1ОчУвствйтельном элементе со всей кОоТьцеобразной поверхности кодированного и анализирующего дисков, ограниченной анализирующими щелями, а также сбора света на втором светочувствительном элементе с поверхностей неподвижного лимба и анализи.рующего диска, ограниченной реперными штрихами. Кроме того, между счетчиками штрихов и регистрирующим прибором включен вычислительный блок. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - разрез но А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез то Б-Б на фиг. 1; фиг. 4 - узел 1 на фиг. 2; фиг. 5 - узел II на фиг. 3; на фиг. 6 - структурная схема устройства, на фиг. 7 - эпюры импульсов. На кодированпом диске 1 выполнен «-разрядный код Грея 2, на этом же диске за пределами его кодированной части выполнено прозрачных радиальных штриха 3 (на месте п-|-1 разряда). По одну сторону диска 1 установлены п светочувствительных элементов 4 для работы совместно с кодированной частью диска 1 и один светочувствительный элемент 5 (опорный) для получения реперных и заполняющих импульсов, установлен то другую сторону диска 1. Между светочувствительными элементами 4 и диском 1 установлена щель считывания кода 6. Реперный лимб 7 с двумя прозрачными штрихами «О, штрих которого располагается на продолжении линии (щели) считывания кода,., устанавливают концентрически с диском 1. По другую сторону кодированного дис;ка 1 находятся также источник света отсекатель 9, цилиндрическая линза 10, и зеркало 11. Соосно с кодированным диском установлен подвижно анализирующий диск 12, связанный с двигателем 13. На анализирующе,мдиске,Д2 напротив прозрачных щт1рихов 3 в,ыполнены радиальные анализирующие щели 14, их количество и размер равны соответствующим црозрачным штрихам 3 кодированного диска 1. За анализирующими щелями 14 выполнены рядовые 15 и реперные 16 штрихи. 8, Рядовые штрихи 15 наносятся с плотностью ,50 шт/мм, а реперные п1Т1рихи 16 на носятся на той же дорожке, что и рядовые, но выполняются в два - три раз длиннее, чем рядовые и так, что они являются продолжением анализируюших щелей 14. Количество реперных штрихов также равно . За кодированным диско.м 1, напротив прозрачных штрихов 3 и неподвижного лиМба 7, установлен кольцевой источник света 17, а с противоположной стороны-линза 18 для сбора света со всех реперных штрихов на светочувствительном элементе 5 и сбора света со всех анализирующих штрихов на дополнительном светочувствительном элементе 19. :. Электронная схема преобразователя состоит из п светочувствительных элементов 4 (в нашем случае п равно 10), опорного светочувствительного элемента 5, дополнительного светочувствительного элемента 19, усилителяформирователя 20, усилителя--формирователя 21, умножителя частоты 22, селектора по амплитуде 23, блока автоматики 24, счетчика «масштаб 25, счетчика «масштаб 26, счетчика «интервал 27, счетчика реперных штрихов 28, вычислительного блока 29 и регистрирующего прибора 30. Анализирующий диск 12 непрерывно врашается (например, со скоростью 1 об/сек), и при его вращении вследствие того, что анализирующие щели 14 пересекают радиальные прозрачные штрихи 3 кодированного диска 1, на выходе светочувствительного элемента 19 образуется последовательность импульсов 31. Назовем эту последовательность импульсов масштабной. С выхода светочувствительного элемента 19 масштабная последовательность импульсов поступает на усилитель-формирователь 20 и далее масштабные импульсы с крутыми фронтами поступают в блок автоматики 24. С выхода «опорного светочувствительного элемента 5 на усилитель-формирователь 21 ноступает другая последовательность импульсов, образующаяся в результате пересечения рядовых 15 и реперных 16 щтрихов со штрихами ренерного лимба 7. Частота этих импульсов /3 больше частоты импульсов масштабной последовательности /м- Последовательность импульсов с частотой /з назовем заполняющей. Заполняющая последовательность содержит в себе и реперные импульсы 31, частота которых . С усилиеля-формирователя 2:1 заполняющая послеовательность, содержащая в себе реперные импульсы, подается на умножитель частоты 2, который выделяет пятидесятую гармон-ику тих импульсов, и после их усиления и; форирования в этом же блоке передний и .задний ронты импульсов пятидесятой гармоники потупают в блок автоматики 24. С усилителяормирователя 21 заполняющая -послёдова ельность импульсов подается также на селекор по амплитуде 23, который отделяет-репер ые импульсы от рядовых (импульсов заполения).

Отделенные реперные импульсы 32 также поступают в блок автоматики 24, который управляет всеми счетчиками. При наличии разрешающего сигнала на шине «Пуск все три последовательности импульсов проходят на соответствующие счетчики. Счетчик «масштаб 25 открывается каждым нечетным импульсом, полученным в момент пересечения всех прозрачных штрихов 3 кодированного диска 1 всеми анализирующими радиальными щелями 14. Закрывается счетчик «масштаб 25 каждым четным имнульсо.м, полученным аналогичным способом. Счетчик «масштаб 26 открывается каждым четным и зак рывается каждым нечетным импульсом, полученными таким же способом, как и для счетчика «масштаб 25. В интервале открытия счетчлки 25 и 26 .считают импульсы заполнения, поступающие с блока ивтоматики 24. Счетчик «интервал 27 открывается каждым реперным импульсом 32 и закрывается первым после него усредненным импульсом от прозрачных штрихов 3 кодированного диска 1. В интервале открытия счетчик 27 также считает заполняющие И.МПУЛЬСЫ. В результате в счетчиках «масштаб 25 и 26 накапливается число М, пропорциональное среднему расстоянию между двумя прозрачными штрихами 3 -кодированного диска 1, причем усреднение производится по всем штрихам кодированного диска 1.

В счетчи-ке «интервал 27 накапливается число jV, пропорциональное расстоянию между усредненным штрихом реперного лимба 7 и ближайшим т, усредненным .по всем штрихам прозрачным штрихом 3, который еще не дошел до усредне2шого щтриха реперного лимба 7. Расстояния М -я N показаны на фиг. 7, где 31 - импульсы «масштабной последовательности, 32 - импульсы «реперной последовательности, импульсы заполняющей последовательности (не показаны).

После производства заданного количества отсчетов ( в нашем случае) счетчик реперных штрихов (импульсов) выдает команду в блок автоматики 24, и подача импульсов в счетчики прекращается.

Далее информация со счетчиков передается в вычислительный блок и затем на регистрирующий прибор. Угол р, отсчитываемый от усредненного штриха реперного лимба 7, определяется вычислительным блоком по формуле.

, 1 Х

где т - помер штриха, расстояние которого 60 до усредненного штриха реперного лимба 7 измерялось преобразователем.

Помер /п-го штриха определяется однозначно кодированным диском 1. Сопряжение прубого (первый член в формуле) и точного отсчетов (второй член в формуле) осушествляется в вычислительном блоке известными методами.

За один оборот анализирующего диска 12 отсчет интервала между усредненным щт1рихом реперного лимба 7 и m штрихом кодированного диска 1 производится столько раз, сколько репериых штрихов нанесено на анализирующем диске 12 (в нашем случае 2), причем каждый из отсчетов получен усредненным по всем прозрачным радиальным штрихам 3 кодированного диска 1 и кроме того, каждый из отсчетов получен со своим масштабом. Приведенные выше особенности преобразователя могут уменьшить погрешности отсчета угла более чем на порядок по сравнению с известным преобразователем.

Предмет изобретения

Устройство для преобразования угла поворота вала в код, содерж.ащее кодированный диск с радиальными прозрачными штрихами, расположенными выше кодовой маски, источник света, считывающую щель, расположенную за указанным диском, прозрачный индекс, установленный подвижно и снабженный приводом, анализирующий диск с реперными и рядовыми штрихами и анализирующими щелями, счетчики штрихов и регистрирующий прИбор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено неподвижным лимбом с индексом, установленным концентрично относительно кодированного диска, анализирующий диск установлен соосно с кодированным диском, часть его, находящаяся напротив кодированного диска, выполнена прозрачной, реперные и рядовые штрихи нанесены за пределами прозрачной части анализирующего диска, а его щели выполнены ;радиальными и расположены напротив радиальных штрихов кодированного диска, напротив этих штрихов и штрихов неподвижного лимба установлен источни-к света в виде кольца, а с противоположной CTOtpOHbi кодированного диска помещено оптическое устройство, например линза, направляющая свет на дополнительный светочувствительный элемент со всей кольцеобразной поверхности кодированного и анализирующего дисков, ограниченной его щелями, а также собирающая свет на второй светочувствительный элемент с поверхности неподвижного лимба и анализирующего диска, ограниченной реперными штрихами; кроме того, между счетчиками штрихов и регистрирующим прибором включен вычисли.тельный блок.

7

v

/ /

ч1

Pua/

г

т

Узел и