Электромагнитный преобразователь угол-код Советский патент 1974 года по МПК G08C9/04 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для преобразования угловых перемещений в код.

Известен электромагнитный преобразователь угол-код, содержащий кодирующее устройство и расположенные относительно него считывающие элементы, в которые с целью повышения разрешающей способности введены дополнительпые считывающие элементы, работающие не в дискретном, а в непрерывном режиме, с последующим преобразованием изменения их индуктивности в изменение частоты и частоты в код. Однако это устройство имеет сложную электронную схему из-за трудности получения линейной зависимости частоты от индуктивности.

Предлагаемый электромагнитный преобразователь угол-код отличается от известного тем, что чувствительными органами дополнительных считывающих элементов являются магниторезисторы, включенные во времязадающие цепи соответствующих одновибраторов. Изменение угла поворота кодирующего устройства приводит к изменению сопротивления магниторезисторов, а, следовательно, длительности импульсов одновибраторов. Логическая схема осуществляет преобразование полученных временных интервалов в код, а также защиту от сбоев при разных сочетаниях значений сопротивлений магниторезисторов. Учитывая, что в предлагаемом преобразователе удается получить с достаточной точностью линейную зависимость угол-соппротивление-временной интервал оказывается возможным повысить разрешающую способность преобразователя на величину, соответствующую 4-5 двоичным разрядам. При этом схема устройства выполняется на элементах дискретного действия и не вызывает трудностей в реализации.

На фиг. 1 показано расположение дополнительных считывающих элементов; на фиг. 2 - кривые изменения сопротивления магниторезисторов в зависимости от угла поворота кодирующего устройства; на фиг. 3 - кривая изменения сопротивления магниторезистора в зависимости от индукции; на фиг. 4 - функциональная схема преобразователя.

Электромеханическая часть преобразователя содержит кодирующее устройство (см. фиг. 1), например барабан, относительно разрядных дорожек 2 которого размещены п считывающих элементов 3. Кодовый рисунок

на дорожках и расположение считывающих элементов соответствуют принятому коду, например коду Грея или методу Баркера. Рядом с tt-ой дорожкой расположена дополнительная дорожка 4, не имеющая впадин. Относительно {п-1)-й и дополнительной дорожек установлены два дополнительных считывающих элемента 5 и 6, каждый из которых имеет магнитопровод П-образной формы. Каждый магнитопровод выполнен составным и включает кроме магнитопроводяш,их участков последовательно соединенные постоянный магнит или электромагнит 7 (или 8) и магниторезистор 9 (или 10). Считывающие элементы 5 и b смещены относительно друг друга на удобное число квантов и еще на половину кванта (л-1) кодирующей дорожки и установлены относительно п-ои дорожки таким образом, чтобы середине каждого кванта «-ОЙ дорожки соответствовала максимальная или минимальная величина сопротивления магниторезисторов 9 или 10. Магниторезисторы 9 и 10 являются составной частью RC-цепей одновибраторов 11 и 12 (см. фиг. 4). Цепи запуска одновибраторов подключены к шине опроса преобразователя, а их выходы - к первым входам схем «И 13 и 14. Вторые входы этих схем «И соединены с генератором импульсов 15, а третьи - с выходами триггера 16, первый вход которого подключен к выходу п-го считывающего элемента 3. Выходы схем «И 13 и 14 соединены с входами схемы «ИЛИ 17, выход которой подключен к счетчику пульсов 18. К счетчику 18 подключены два дешифратора 19 и 20, которые выполнены таким образом, что на выходах дешифратора 19 появляется нарастающий код в соответствии с увеличением числа в счетчике 18, а дещифратор 20 - убывающий код при тех же условиях. Заметим, что емкость счетчика 18 зависит от степени дискретизации кванта «-ой кодирующей дорожки и выбрана строго определенной в соответствии с числом дополнительно получаемых разрядов. Выходы дешифраторов 19 и 20, соответствующие одноименным разрядам дополнительного кода, подключены к входам схем «ИЛИ 21, выходы которых соответствуют п-{-1, и т. д. разрядам преобразователя. Выходы одновибраторов 11 и 12 соедииены с входами схемы «И 22, а также через дифференцирующие цепи 23 и 24 подключены к первым входам соответственно схем «И 25 и 26. Выход схемы «И 22 через схему «НЕ 27 соединен со вторыми входами схем «И 25 и 26, выход схемы «И 25 подключен к входу дешифратора 20, а выход схемы. «И 26 - к входу дешифратора 19. Эта часть схемы служит для того, чтобы определить, на каком участке кривой изменения сопротивления магниторезистрра в зависимости от перемещения - возрастающем или убывающем - функционирует устройство в данной угловой координате (см. фиг. 2). Выходы дифференцирующих цепей 23 и 24 соединены с входами схемы «И 28, выход которой соединен с входом схемы «И 29. Второй вход последней подключен к первому выходу триггера 16. Выход схемы «И 29 соединен с входом схемы «ИЛИ 21. Описанная часть схемы необходима для исключения неоднозначности в выходном коде преобразователя в том случае, когда значения сопротивлений магниторезисторов 9 и 10 равны, т. е. одновибраторы И и 12 заканчивают формирование выходных импульсов в одно и то же время. Выходы схем «И 25, 26 и 28 подключены к входам схемы «ИЛИ 30, выход которой подключен к второму входу триггера 16 и к цепи сброса счетчика 18 в нулевое состояние. Назначение этой части схемы - подготовка устройства к измерениям угла с приходом следующего импульса опроса. Устройство работает следующим образом. В процессе изменения углового положения кодирующего устройства 1 на выходе считывающих элементов 3 формируется /г-разрядный код. При этом сопротивление магниторезисторов 9 и 10 изменяется по закону, близкому к синусоидальному (см. фиг. 2). Это объясняется тем, что индукция в воздушном зазоре преобразователя изменяется по такому же закону, а зависимость сопротивления магниторезистора (см. фиг. 3) на рабочем индукции от SP до участке изменения В„ Рмакс близка к линейной. Считывающие элементы 5 и 6 установлены по угловой координате таким образом, что близкие к линейным отрезки кривых изменения сопротивлений соответствуют каждый одному определенному кванту п-й кодовой дорожки. В указанных пределах с учетом деления пополам ошибки линейность может быть выдержана с точностью в несколько процентов (2-5%). С приходом импульса опроса в зависимости от выходного Сигнала «-го считывающего элемента 3 триггер 16 занимает одно из двух устойчивых положений, что определяет подачу разрешающего потенциала на соответствующие входы схем «И 13 или 14. Одновременно происходит запуск одновибраторов 11 и 12, в результате чего на время следования выходного импульса каждого одновибратора подается разрешающий потенциал на соответствующие входы схем «И 13 и 14. Таким образом, одна из этих схем «И начинает пропускать импульсы генератора 15 через схему «ИЛИ 17 на вход счетчика 18, где они подсчитываются в течение времени следования импульса соответствующего одновибратора. В момент начала формирования одновибраторами И и 12 выходных импульсов срабатывает схема «И 22, а сигнал на выходе хемы «НЕ 27 появляется лишь в тот моент, когда перестает работать схема «И 22, т. е. заканчивается выходной импульс дного из одновибраторов. Начиная с этого омента, оказываются готовыми для срабаывания схемы «И 25 и 26. Это срабатываие происходит тогда, когда заканчивается импульс другого одновибратора, который дифференцируется на спаде с помощью дифференцирующих цепей 23 или 24, в результате чего срабатывает одна из схем «И 25 или 26. Сигналы с выходов этих схем воздействуют на входы дешифраторов 19 и 20, определяя момент и порядок считывания кода со счетчика 18 в выходные цепи дополнительных разрядов преобразователя.

Если в некоторый момент времени t {см. фиг. 2) угловое положение кодирующего устройства соответствует изображенному на чертеже, то на выходе л-го считывающего элемента 3 с приходом импульса опроса появляется сигнал. В связи с этим триггер 16 занимает такое положение, при котором срабатывает схема «И 14 и в счетчике 18 формируется число, соответствующее выходному импульсу одновибратора 12, т. е. величине сопротивления магниторезистора на нижней кривой фиг. 2. В момент окончания импульса одновибратора 12 появляется сигнал па выходе схемы «НЕ 27, так как импульс одновибратора 11 больще по длительности, чем импульс одиовибратора 12 (см. фиг. 2). По окончании импульса одновибратора 11 срабатывает схема «И 26, в результате чего функционирует дешифратор 19, соответствующий случаю иарастания кода при нарастании величины угла поворота кодирующего устройства. Дешифратор 19 выполнен таким образом, что дешифрирует состояние счетчика 18, соответствующее временному интервалу от начала единичного кванта п разряда до момента времени ti (см. фиг. 2) с учетом компенсации временного интервала, соответствующего конечной величине сопротивления в точке Вр (см. фиг. 3).

Если при единичном сигнале на выходе п-го считывающего элемента 3 имеет место случай, соответствующий моменту времени 4 (см. фиг. 2), то сигнал на выходе одновибратора 12 будет более длинным, чем у одиовибратора 11. Рассуждая аналогичным образом, можио показать, что в этом случае сработает схема «И:2 25, которая приведет к функционированию дешифратора 20. Последний подключен к счетчику 18 таким образом, что выход его младшего разряда соответствует старшему разряду счетчика с учетом конечной величины сопротивления на отрезке (бмакс -

йрмакс) о (см. фиг. 3).

в случае нулевого выходного сигиала п-го считывающего элемента 3 триггер 16 занимает противоположное рассмотренному состояние, и схема функционирует аналогично с той лишь разницей, что при этом срабатывает схема «И 13. Здесь также возможны два рассмотренных варианта, которые принципиально не отличается от описанных.

Наряду с рассмотренными возможен третий вариант работы устройства, когда импульсы одновибраторов 11 и 12 закончатся одновременно. При этом на выходе схем «И 25 и 26 сигналы не возникают. Здесь возможны два случая, когда при неопределенности считывания, соответствующей переходу от «1 к «О в п-оы разряде, п-ым считывающим элементом 3 воспринята «1 или «О. В случае восприятия «1 (см. фиг. 2) код (л+1)-го и последующих разрядов должен состоять из одних единиц. Поэтому при срабатывании

схемы «И 28 появляется сигнал на выходе схемы «И 29, который через схему «ИЛИ 21 формирует на выходе преобразователя указанный код.

Тогда, когда считывающим элементом в

ft-OM разряде воспринят «О при тех же условиях схема устройства функционирует обычным образом, формируя в (п + 1)-ом и последующих разрядах нули. Для подготовки работы устройства с приходом следующего импульса опроса на выходе схемы «ИЛИ 30 вырабатывается сигнал сброса, который устанавливает в исходное состояние триггер 16 п в нулевое состояние счетчик 18. Установка происходит в момент срабатывания одной из схем «И 25, 26 пли 28.

Предмет изобретения

Электромагнитный преобразователь угол -

код, содержащий кодирующее устройство с п кодовыми дорожками, считывающие элементы, расположенные относительно кодовых дорожек, два дополнительных считывающих элемента, триггер, одновибраторы, генератор

импульсов, счетчик, дешифраторы, дифференцирующие цепи, схемы «И, «ИЛИ и «НЕ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы и упрощепия устройства, в кодирующее устройство введена дополнительная кодовая дорожка, каждый дополиительный считывающий элемент содержит двухполюсный магнитопровод, полюсы которого расположены относительно (п-1) и дополнительной кодовых дорожек, и последовательно включенные магнит и магниторезистор, дополнительные считывающие элементы смещены друг относительно друга на половину кванта (п-1) дорожки, магниторезисторы включены во времязадающую цепь соответствеипо первого и второго одновибраторов, входы которых подключены к цепи опроса, а выходы - соответственно ко входам первой и второй схем «И, вторые входы которых соедипены с выходом генератора импульсов,

третьи входы - соответствепно с первым и вторым выходами триггера, первый вход которого подключен к выходу я-го считывающего элемента, выходы первой и второй схем «И соединены через первую схему

«ИЛИ со входом счетчика, к выходам которого подключены дешифратор нарастающего и дешифратор убывающего кода, выходы которых подключены к соответствующим входам вторых схем «ИЛИ, выходы одновибраторов подключены ко входам третьей схемы