Преобразователь перемещение-код Советский патент 1976 года по МПК G08C9/00 

Изобретенкс отиосктся к области автоматики и вычислительной технике и предназначено для применения в прецезионных преобразователях угловых и линейных перемещений в цифровой код.

Известны преобразователи перемешение 4од, содержащие датчик перемещения с пространственно- смещенными фазами, выходы которых через соответствующие формирователи фазовых импульсов соединены с одними входами григгеров, а входь; через фазорас- щепитель - с персьгм выходом синхронизатора, второй выход ijoi-oporo через комментатор К);,.-лк) сен к другоь у входу триггеров, а грети. аыход скзкрони.затора подключен через блок сог7асозания отсчетов к управляющим входам сумматора грубого отсчета, другие входы которого соединены с выходами счетчика грубого отсчета, счетчик точного -т,-1ета соединен с сумматором точного отcr-JGia, выходы старших разрядов которого 1й дкл1Очены к другим входам блока согласоваш;а отсчетов.

Однакс йовестные устройства имеют неЦ1.-статочно 1::ысокую точность, вызванную

погрещностью датчиков перемещений и необходимостью использования отдельных датчиков перемещения в каждой системе отсчета и взаимного согласования их сигналов, заключающегося в определенной взаимной установке их чувствительных к перемещению Эалементов, находящихся на разобщенных валах, либо перемещающихся с различными скоростями механических узлах.

С целью повьпяения точности преобразования в предлагаемый преобразователь введены аналого-цифровой преобразователь. Интегратор, дополнительный триггер, элемент задержки, элемент ИЛИ и генераторы с ударным возбуждением, причем четвертый выход синхронизатора через интегратор соединен с аналого-цифровым преобразователем, выходы старших разрядов которого соединены с управляющими входами сумматора точного отсчета, выходы триггеров через элемент ИЛИ подключены к входу первого генератора с ударным возбуждением и к одному из входов дополнительного триггера, выход которого подключен к интегратору, выход первого генератора с ударным возбуждением соединен с входом счетчика точного отсчета и через элемент задержки с дополнительным триггером, вход второго генератора с ударным возбуждением соединен с выходом одного из триггеров, а выход со счетчиком грубого отсчета. На чертеже представлена блок-схема, пред лагаемого устройства. Выходы синхронизатора 1 соединены с входом фазорасщепителя 2, коммутатора 3 интегратора 4, аналого-цифрового преобразователя 5, блока 6 согласования отсчетов, выходы которого соединены с управляющими входами сумматора 7 грубого отсчета, входы последнего соединены с выходами разрядов счетчика 8 грубого отсчета, к входу ко торого подключен выход генератора 9 с ударным возбуждением, выход генератора 10 с ударным возбуждением соединен с входом счетчика 11 точного отсчета и элемента 12 задержки. Выходы разрядов счетчика 11 точного отсчета соединены с входами сумматора 13 точного отсчета, выходы старших разрядов которого соединены с вторыми входами блока 6 согласования отсчетов, а управляющие входы сумматора 13 соединены с выходами разрядов кода аналого-цифрового преобразователя 5. Выходы фаз фазорасщепителя 2 соединены с входами возбуждения датчика 1 перемещения, выходы каждой фазы этого датчика соединены через формирователи 15 фазовых импульсов с первыми входами триг геров 16, к вторым входам которых подклю чены выходы коммутатора 3. Выходы триггера 16 через элемент ИЛИ 17 соединены с входами генератора 10 с ударным возбуж дением и первым входом дополнительного триггера 18, ко второму входу через элемент задержки 12 подключен выход генератора 10 с ударным возбуждением. Калодая из выходных фаз датчика 14 перемещений сдвинута одна относительно дру7 Tt ПОИ на величину .- i что достигается m пространственным сдвигом чувствительных элементов на величину Г: )(Л 37П где Т - угловая или линейная величина шага чувствительных элементов; J - порядковый номер выходной фазы; тп - число выходных фаз. Возбуждающие элементы датчика 14 перемещений расположены со сдвигом на вели чииУ Г (1-1),(Z) где 1 1,2п - порядковый номер фазы питания; Л - число фаз питания датчика 4 пере мещений . В качестве датчика 14 перемещения может быть использован, например, многофазный индуктосин с многофазным питанием, емкостной многофазный датчик, муаровый растровый датчик и т.д. Устройство работает следующим образом. Синхронизатор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение, поступающее на вход фазорасщепителя 2, на выходах которого образуются напряжения, смещенные одни относительно других по фазе ZTT U- U siTiEn tа-in, СЗ) 1тпfj Напряжения 1,2. .... и поступают на возбуждающие входы датчика 14 перемещений, где последние модулируются по амплитуде перемещением подвижной части датчика в соответствии со следующей функциональной зависимостью Kgi 1 + L0-4(1 -1 )3-4г-Ч-1 П i где nrig - индекс модуляции; 21Г - пространственная фаза, зави- trсящая от перемещения; К - перемещение, К - коэффициент связи возбуждающих и чувствительных элементов. В результате модуляции на j - О(л выходе датчика перемещения будем иметь -(i-l)li siTiCujt-2(i-l): m где и - 1,2.,тп - мгновенные значения напряжений наведенных в каждой J - ой фазе от соответствующей i - ой фазы питания. Выходное напряжение каждой фазы равно геометрической сумме напряжений, наведенных от т1 фаз возбуждения d |/Л„и е -1Г - --(3-l)i- ,t-(i-l)2 .7Г . E stnEuDt- - (i-l)J- 1 .zii ,C0- -(i-D- siTjCout- d-DL () Поскольку первое слагаегх с-;; выражение 5) представляет собой сум; и-;гновенных начений немодулированных п...уемещением апряжения, образующих всегда замкнутый фазной системы, многоугольник то nCyjt-(i-l)0 . -и Е cos не- (i-i)-u.t , cosCoit- e---(-)-(i-in Таким образом, второе слагаемое выра жение {6) равно нулю, и следовательно,при U. l ::S Iicos a,t-B.lJ(i-l) (7) формирователи 15 фазовых имнульсов форм руют остроконечные имнульсы в моменты перехода U через нуль в положительном направлении (| .,T, С8) где К 0,1,2, порядковый номер пе риода сигнала несущей частоты. Г ф - период сигнала несущей часто- На входы триггеров 16 поступают опор ные импульсы с коммутатора 3, который поочередно опрашивает фазы датчика перемещения с частотой f в моменты врем )Т (9) На другие входы триггеров 16 поступа ют импульсы с формирователей 15 фазовы импульсов. С триггеров 16 снимаются импульсы длительностью, определяемой разностью Ь оп 1 .(i.)Т,если ZJT и частотой С выхода первого триггера 16 импульс ., запускае генератор 9 с ударным возбуждением, импульсы которого с частотой 2 m f поступэют на счетчик 8 грубого отсчета, в тече.кие времени Т, Число импульсов, подсчитанных счетчиком 8j равно J(ll 2тп .CtLK видно из выражения (11) в грубом leie производится кодирование перемещ Число двоич няй- с дискретностью -. 1ых -сззрядов грубого отсчета равно + 1 ,T.e.-m z T-ot- - i. .На.чичие дополнительного ti (TI+I разряда обусловлено необходимостью иметь согласующий разряд, дискретность которого совпадает с дискретностью старшего разряда точного отсчета. В точном отсчете работа происходит следующим образом. Импульсы поступают .через элемент ИЛИ 17 на вход генератора 10 и запускают его на время х j выходные импульсы 2. О f подсчитьт- которого с частотой ваются счетчиком 11 импульсов , причем за один цикл работы преобразователя, определяемый числом работы коммутатора 3 (Тц, тлТ) на вход генератора 10 поступают импульсы, суммарной длительностью Jrm1 11 . в3 - i . .1 Y7J 1 () zir1 Число импульсов, подсчитанное счетчиком, равно сг: --т-1) N г Т0 Xi JL + t.-rn-it-Z vo-i г Поскольку предполагается, что m то, г}„.-«--п..-1 (14) ак как максимальное число импульсов, коорое мохсет сосчитать счетчик 11 без переолнения равно 2. - 1, а то для получения кода перемещения в пределах одной дискреты грубого отсчета С О, необходимо в счетчик предварительно записать единицу в (п.д-1) й разряд, что осуществляет синхронизатор 1. В этом случае число, записанное в счетчике точного отсчета, равно L ni J - др дробная часть выражения т Таким образом, в точном отсчете перемещение X кодируется с дискретностью ГГ г.При измерении ка ;щого кз временных отимеет место ошибка дискретрезков f,ности, максимальная веяичина которой равн одной дискрете Tf позтоглу в реаультате возможна ошибка в m дискрет Для ее уменыыермя импульсы с вых.о- да элемента ИЛИ 17 подаются на первый вход дополнитепького триггера 1.8, который леребрасыЕается на заднем фронт каждого из входных импульсов f,,,,. В момент прекрахцеяия генерании счетных импул сов вторым генератором ударного воз6у к.це ния, что соответствует окончанию 13реме1шо го интервала L носледнии импульсы ге нератора 1О через элемент задернски 12, задержанный на время tT -, возвращает по BTOpoMj входу триггер 1.5 в мсжод ное состояние, В результате на выходе триггера разуется имг/пьс длительностью т. OSii импульс: ( ное счетчиком на элемента ИЛИ 17. Имлувчьсы С ..,:

триггера 16, по.цазотся на вхо.ц иЕ;тограторй 4Д5 Tfj.a. который осуществляет 1Штел рироБание э-св.гэд но го постоянного напряже:п:ия в течение результате чегэ us .в.ыходе янтегратор-а в конце 1хикл.а работы Ереобразо.Б0.тея.я полу- аQA.ftn и ----к Т пч -пт-т -1ИНГ ИНТ . - K imt-t,,, sTjT-ugT, utg tjjg --i-ra€.T .-суммарныйвремен-интервап, соотБетсгЕляощий суммарной ошибке дискрет-нос.гй: какала точного от:;чел--а АналогО -аифровой преобразователь и прс-образует напряжение К инт гЬТ, в .цзокчиы код, для чего на вход преобразователя о по дается разность эталонного напряженке: и напряжения интегратора. € Обнуление интегратора 4 и аналопэ-дифрового преобразователя 5 осуществляется в начале цикла работы преобразовател5г си.н- .хронизатором 1. Выходной код анагшго-цкфрсвого преобразователя З-осущестЕЯющий М подается на вход сумматора 13, где о ;уществляется сложе.ние д.войчных эквиваленто тв аалп Ч.ИСЛО двоичных р.азря-лов аналогО -дифрозого збразователя равно tg. Согласование грубог-о и точного отсчетов позволяет устранить ошибку в грубом отсчете. С этой целью -в блок 6 согласования отсчетов поступают сигналы с двух старших разрадов сумматора 13 точно:го отсчета и к. п согласуюатего С -5,, - i)paзp здG з ко.ца сумматора 7 грубого отсчета. Блок 6 согл-асования отсчетов по роау.льтатам логического анализа ззю.цных сигналов формирует импульсы сложен:т5 Я ИЛИ .вь.гчитаккя, иост шающие на управ- л.шощ.ие .входы сумматсьоа 7, в результате чего устра.няется ошибка с дискретностью rp-irtSorxj отелтета. дл;; ус-1-рале.:-1ия неоднозначности, вызьанHOi4 :1:;г::::.::адньлми процессагдИ в сумматорах7 R lo, .и.ри1менй.ютсй синхронизация блока 6 cornacoiJaaKi-i О|счетов и алалого цифроБого преобразователя 5 импульсами скнхронизатоо.з j.. .оь:ходнъ;е ко.цы 5; то праобрааоватеjij сни; -гаются соответстзекна отсчету с выходов cjrMivia-i4:) 1рубо го и TOiHOio отсче- .Haccj.iuTpeHHLSM ..«реобразо.ват&ль .перемещений усуп ествлЕет преобразование перемещений 3 Цифровой ход с высокой точностью, гак как .все соста.вп.яю;лие фазовьхх ошибок датчика .аеремеилсния с гар;1;.;ониками некратлтзгмк при суммировзыйи дяфров тх кодов со Бсех -in хапалов 11рообразования уыжчтол аютср: лрк условии полной идентичности последних. а н и я код, содержа11.п1Й датчик D:epe.ivia;.iiv;HKH с хфостранст- Беняо-смещенныь-гк фазами, выхоцы которых чеояз соответствузощие фоомкрователи фазовых, щл ульсов соедипсиы с одними входами :р:1ггеров. а ВХОДЬЕ через фазорасщепитель - с иервым выходом с ан}фонизатора, второй выход которого через гюмк-гутатор подключен к ,.;,; угсму входу тригтеров, а третий выход си;::; .:: С|;Гчзатора яодж.шочек через блок coiTia- co.:-ia::Vif: r отсчатов к управляюпдам входам сум- к:.л:;г:и грубог;:;- отсчета, другие входы которг//.- C:;:,.чvшcнь С выходами счетчика грубо- тсчетгй.. счет:а1к точного отсчета сое,чи- с cyMiJ-атором точногх) отсчета, выходы тих раарядо.; которого яо.акпючен1л .к им SXCV.UM: блока согласования отсчетов, я и ч а ю щ и и с я тем, что, с цепью дсйьтшени5: . п::зобразовакия, в него звепены ан;,л. (ифо--;, .5р.ззовг Т5 ль, эле1Штагратор., до1 ояни;елг-; аторы Kieir sanepKOiK, зл-эглент с даарным: нозбугоденке /:. четвертый

вт;;;с- скихронкзатора через интегратор соединен с йъгалопо-цифровым преобразователем, выходы с -аршк:с разрядов которого соединены с управляющими входами сумматора точного отсчета, выходы триггеров через э гамент ИЛИ подключены ко входу первого генератора с ударньИЛ возбуждением и к одному иа входов дополнительного триггера.

выход которого под1и ючск к иггтегрлтору, выход первого генератора i;: у;.арк;,1м возбуждением соединен со вхслом счетч ка т:чного отсчета и через энкмкит задерлчхы с дополнительным триггегю, iixo;: iiToporo T-G:. яератора с ударнь-м возбуждоииол-; соодияо}: С выходом одного ио триггоро::., л йыхо,ч с счетчиком грубого отсчета.