ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ — КОД Советский патент 1973 года по МПК H03M1/64 H03M1/50 

1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в фазовых следящих системах и преобразователях угловых и линейных положений и перемещений в цифровой код.

Известны преобразователи перемещение - код, состоящие из высокочастотного генератора, делителя частоты, преобразователя прямоугольных колебаний в синусоидальные, фазовращателя, формирователей фазовых импульсов и счетчика.

Однако в таких преобразователях сложно обеспечить строгую сипусоидальность формы кривой питающего фазовращатель напряжения. Так, для 12-13-разрядного преобразователя относительная величина высщих гармоник в кривой напряжения на выходе фазовращателя не должна быть более 0,01-0,005%.

Кроме того, для ряда точных многополюсных датчиков-фазовращателей, таких, например, как индуктосин, частота питания для получения достаточного по величине выходного сигнала должна быть порядка 10-20 кгц. Для обеспечения разрешающей способности 12-13 разрядов на период повторения информации датчика частота следования заполняющих временной интервал импульсов должна состаВлять 40-г160 мггц. Выполнение такого преобразователя связано с большими трудностями.

Цель изобретения - повышение точности

работы преобразователя перемещение - код.

Это достигается тем, что в преобразователь

введены гетеродин и преобразователи частоты. При этом вход гетеродина подключен к выходу генератора импульсов, выход - к первым входам преобразователей частоты, а выход делителя частоты - к второму входу первого преобразователя частоты и через фазовращатель к второму входу второго преобразователя частоты. Выходы преобразователей частоты через формирователи импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя временной интервал - код, а третий вход последнего - с выходом генератора импульсов.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого преобразователя. Преобразователь состоит из генератора 1

импульсов; гетеродина 2, содержащего делитель 3 частоты с коэффициентом деления Л и преобразователь 4 прямоугольных колебаний в синусоидальный сигнал; делителя 5 частоты, содержащего делитель 6 частоты, с коэффициентом деления Kz и преобразователь 7 прямоугольных колебаний в синусоидальный сигнал; фазовращателя 8; преобразователей 9 и 10 частоты, содержащих соответственно смесители 11 и 12 частоты, амплитудные детекторы 13 и 14 и фильтры 15 и 16 низкой частоты; формирователей 17 и 18 фазовых импульсов и преобра:зователя 19 временной интервал - код. Работает преобразователь следующим образом. Генератор 1 импульсов вырабатывает последовательность импульсов частоты f. На выходе делителя 3 частота колебаний составляет „.,„„„..„„„ иЧастота си- , на выходе делителя 6 AIАГа нусоидальных колебаний на выходе гетеродина 2- на выходе делителя 5-. НапряК.KZ жение с выхода делителя 5 частоты поступает на вход фазовращателя 8. На-пряжение на выходе фазовращателя имеет фазовый сдвиг по отношению к налряжению на входе, пропорциональный повороту (или линейному перемещению) подвижной части фазовращателя по отнощению к неподвижной. Напряжение с фазовращателя подается на смеситель 11, одновременно на смеситель проходит напряжение с гетеродина 2 частоте - . На смеситель 12поступает напряжение с выхода гетеродина и напряжение с выхода делителя 5 частоты. На выходах смесителей возникает сигнал, СОСТОЯЩИЙ из суммы колебаний частоты тг и / частоты -. После амплитудных детекторов 13и 14 суммарные сигналы представляют собой сумму некоторого постоянного напрялсения и переменных напряжений разных частот, 2/ 2/ в том числе напряжения частот -, -, и на-ог / 11 пряжение разностной частоты j I - - - V KI Kzi Если /Ci и /С2 достаточно большие числа - порядка нескольких десятков или сотен - и отличаются на небольшую величину, то ча2/ 2/ стотыирезко отличается от разностKI Аа ной частоты и их легко отфильтрол 1 - АГз вать фильтрами 15 и 16. При этом колебания разностной частоты на выходах фильтров имеют тот же фазовый сдвиг, что и напряжения частоты - соответственно на выходе и входе фазовращателя. Из полученных колебаний разностных частот формирователи 17 и 18 фазовых импульсов формируют фазовые импульсы, временной интервал между которыми пропорционален относительному перемещению подвижной и неподвижной частей фазовращателя. Этот временной интервал с помощью преобразователя 19 преобразовывается в код. Вид кода определяется в каждом конкретном случае особо. При преобразовании фазового сдвига между колебаниями частоты -- на входе и выходе фазовращателя 8 в фазовый сдвиг разностной частоты на выходе амплитудных деекторов 13 и 14 имеет место явление, котоое и определяет принципиальное преимущетво предлагаемого преобразователя. Рассмотрим это явление. .Пусть напряжение на выходе гетеродина меет вид yi(sino)i2f + ajSin2u),),(1) де «2 - некоторая малая величина, 27С/ О). Г , а напряжение на выходе фазовращателя t/,(smu)a + 6.,sm2u),),(2) где 2 - также малая величина, а Шо -- . К Пусть для простоты у амплитудных детекторов квадратичная передаточная характеристика. Тогда напряжение на выходе амплитудного детектора 13 вых и (sin Mj + Оа sin 2u)i + AT sin 4,t + + Kb sin 0)aO,(3) где t/o - численно равно t/, a через К обозUtначено отношение . Возведем выражение в скобке в квадрат и выделим колебания всех полученных частот, расположив их в порядке малости. Примем, что /С соизмеримо с «1, а а2 и &2 имеют первый порядок малости. Получим и и+ + al + + + К COS (coj - со,) jf - AT cos (o)i 4- Ш,) - lcos(0,/--| COs2a),J + a, cos ( -J- cos u), 44- /Cuj COS (2u), - (BI) + Aa, cos (2a)i - Ш,) - (3, COS Зо); - /Cflj cos (2u)i + Иг) if + + Y - «2 COS 4u), - + COS 4cOa + -f- COS 2 ( - u)j) - - aAcos2(u), 4-0),) ) Группа I представляет собой постоянную составляющую, от которой легко освободиться. Группа И слагаемых содержит рабочую гармонику (подчеркнуто одной чертой) и соизмеримые с ней по амплитуде гармоники частот coi4-a 2, 2(01 и 2сй2. Однако эти гармоники имеют много большую частоту, чем рабочая частота wi-со2. Так, если, например, (А - 20500 ГЦ, а 002 20000 гц, то кратность частот относительно разностной частоты составляет около 80 и их относительно легко от фильтровать фильтром низкой частоты, причем в зоне 500 ГЦ у фазочастотной характеристики такого фильтра может быть очень малый наклон, что важно для стабильности работы Преобразователя. Группа III содержит слагаемые первого порядка малости, причем их частота, как минимум больше рабочей частоты враз. Их фильтрация, учитывая малость их амплитуды и большую кратность частоты по сравнению с рабочей, также затруднений не представляет. Группа IV имеет слагаемые второго порядка малости. Среди них наиболее опасна составляющая с частотой 2 (coi-(1)2) (подчеркнута двойной чертой). Эта частота близка к рабочей и ее фильтровать трудно. Однако, если даже а2л;б2 0,01, т. е. несинусоидальные искажения преобразователей 4 и 7 составляют 1%, то эта составляющая не превышает 0,01% от амллитуды напряжения рабочей частоты и фильтровать ее нет необходимости. Предмет изобретения Преобразователь перемещение - код, содержащий генератор импульсов, подключенный к делителю частоты, фазовращатель, формирователи фазовых импульсов и преобразователь временной интервал - код, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены гетеродин и преобразователи частоты, при этом вход гетеродина подключен к выходу генератора импульсов, а выход - к первым входам преобразователей частоты, выход делителя частоты соединен с вторым входом первого преобразователя частоты и через фазовращатель с вторым входом второго преобразователя частоты, выходы преобразователей частоты через формирователи импульсов подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя временной интервал - код, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов.