Преобразователь угла поворота вала в частоту следования импульсов Советский патент 1977 года по МПК G08C9/08 

1

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для применения в информационных системах, использующих потенциометрические датчики в качестве первичных преобразователей угла поворота вала.

Известны преобразователи угла поворота вала в частоту следования импульсов, использующие принцип развертывающего преобразователя l .

Известен также преобразователь угла поворота вала в частоту следования импульсов, содержащий потенциометрический датчик, соединенный одним концом с одним из входов интегратора, а другим концом - с шиной нулевого потенциала, другой вход интегратора соединен с выходом основного двухпозиционного переключателя, первый сигнальный вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход интегратора подключен к одному из входов блока сравнения .

Основным недостатком известного устройства является низкая точность преобразования, так как для данного преобразователя характерна методическая погрешность нелинейности характеристики преобразоБания, обусловленная конечным времене л разряда интегратора. Кроме того, определенн ю составляющую нелинейностт характеристики вносит то обстоятельство, что интег-ратор в известной схеме преобразователя реализован на базе апериодического звена 1-го порядка, в результате чего на выходе 1:нтегратора напряжение изменяется по закону, близкому к экспоне щиальнок;у. Кроме того, в известном преобразователе предъявляются весьма жесткие требования к стабильности уровней срабатывания схем сравнения напряжений. Крутизну преобразования устройства определяют значения напряжений онорных источников и источника для создания зарядного тока, а также значение емкости интегрирующего конденсатора. Временная и температурная стабильность характеристик преобразователя определяется стабильностью характеристик укзанных источников напряишния и пассивных элементов схемы. также отметить и то обстоятельство, что в преобразователе не предусматривается возможность линеаризации общей характеристики преобразования в случае нелинейности характеристики преобразо ания гютенциометрического датчика. Цель изобретения - повышение точности преобразователя. Это достигается тем, что в преобразоват тель угла поворота вала в частоту следования импульсов введены формирователь импульсов стабильной длительности, масштабирующее устройство, источник напряжения, делитель напряжений, блок резисторов и дополнительный двухпозиционный переключатель, выход источника напряжения соединен с первым сигнальным входом дополнительного двухпозиционного переключателя, ч ерез масштабирующее устройство - с другим входом блока сравнения и через делитель напряжения - со вторыми сигнальными входами дополнительного и основного двухпозиционных переключателей, выход блока срав нения через формирователь импульсов стабильной длительности соединен со входом источника напряжения и с управляющими вх дами двухпозиционных переключателей, потенциометрический датчик через блок резисторов соединен с выходом дополнительного двухпозиционного переключателя. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - эпюры напряжений на выходах отдельных узлов преобразователя, В состав преобразователя входит переключаемый источник 1 разнополярного напряжения, подключенный ко входу делителя 2 напряжений, и через масштабирующее устройство 3 - ко второму входу блока 4 сравнения напряжений, дополнительный двухпозиционный переключатель 5, подсоединенный через блок 6 резисторов к потенциометрическому датчику 7 и ко вто рому входу интегратора 8, основной двухпозиционный переключатель 9, выход которого подключен к первому входу интегратора 8, и формирователь 10 импульсов стабильной длительности, подсоединенный к выходу блока 4 сравнения напряжений.Процесс формирования периода выходных колебаний преобразователя состоит в следующем. Рассмотрим момент времени, когда на выходе переключаемого источника 1 име ет место положительный уровень напряжения (см. фиг. 2), причем выход переключателя 5 подключен к выходу делителя 2, а выход основного переключателя 9 к шине Земля (как показано на фиг. 1). На выходе делителя, образованного посредством образцового резистора 6 и потенцио- метрического датчика 7, имеет место полоТжительный уровень напряжения где Uo - номинальное значение напряжения на выходе переключаемого источника 1 напряжения; К - коэффициент передачи делителя 2j - значение сопротивления образцового резистора блока 6; Т(- значение выходного сопротивления потенциометрического датчика 7. В результате интегрирования вышеуказанного напряжения интегратором 8 на выходе последнего формируемся линейно изменяющееся развертывающее напряжение, скорость изменения которого U,характеризуется выражением: i ии., t где Т - постоянная времени интегратора 8, По истечении интервала времени t (исчисляемого от момента установки переключателей 5 и 9 в указанное положение) линейно изменяющееся возрастающее напряжение на выходе интегратора 8 достигнет положительного опорного уровня, сформированного на выходе устройства 3. При этом срабатывает блок 4 сравнения напряжений и выдает управляющий сигнал на формирователь 1О импульсов стабильной длительности. На выходе последнего формируется прямоугольный импульс управления длительностью t,. В результате на .время действия указанного импульса выход переключателя 5 оказывается подключенным к выходу переключаемого источника 1, а выход основного переключа--теля 9 - к выходу делителя 2 напряжений. При этом (на время действия указанного импульса) изменяется знак крутизны линейно изменяющегося напряжения на выходе интегратора 8(Ug,.J(cM. фиг. 2), причем скоость изменения этого напряжения равна UO-K-UO По истечении длительности временного интервала, равного tg второй вход интегратора 8 через образцовый резистор блока 6 оказываетх:я подключенным к выходу делителя 2 напряжений, а первый вход интегратора 8 - к шине Земля, и начинается процесс формирования нового периода выходных колебаний преобразователя. В отличие от предшествующего периода вновь формируемый характеризуется тем, что на выходе переключаемого источника 1 меняется полярность выходного напряжения. В остальном же процесс формирования нового периода выходных колебаний происходит аналогично. Установившийся режим работы преобразо-ватепя характеризуется уравнением где Т - длительность периода выходных колебаний преобразователя. После простейших преобразованг-гй с учетом того, что f /T (где частота колебаний), получим функцию преобразования устройства в виде Ro Toclfi-ii) Из последнего выра;«ения следует, что рас смотренный преобразователь при К 1/2 имеет линейную характеристику преобразования, причем стабильность крутизны преобразования не определяется стабильностью времязадающей цепи интегратора и стабильностью опорных источников напряжения. При выборе коэффициента передачи К 1/2пред ставляется возможным обеспечить нелинейный вид характеристики (с вогнутостью характеристики вверх или вниз в зависимости от того К 1/2 или 1/2) и тем самым линеаризовать общую характеристику преобразования угол-частота в случае нелинейной характеристики потенциометрического датчика. Улучшения качественных показателей пре образователя достигнуто за счет уменьшения мультипликативной и аддативной составляющих погрешности и обеспечения возможности плавной регулировки линейности обще характеристики преобразования. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в частоту следования импульсов, содержащий потенциометрический датчик соединенный одним концом с одним из входов интегратора, а другим концом - с шиной нулевого потенциала, другой вход интегратора соединен с выходом основного двухпозиционного переключателя, первый сигнальный вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход интегратора подключен к одному из входов блока сравнения, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя ,в него введены формирователь импульсов стабильной длительности, масштабирующее устройство источник напряжения, делитель напряжения, блок резисторов и дополнительный двухпозиционный переключатель, выход источника напряжения соединен с первым сигнальным входом дополнительного двухпозиционного переключателя, через масштабирующее устройство - с другим входом блока сравнения и через делитель напряжения - со вторыми сигнальными входами дополнительного и основного двухпозиционных переключателей, выход блока сравнения через формирователь импульсов стабильной длительности соединен со входом источника напряжения и с управляющими входами двухпозиционных переключателей, потенциометрический датчик через блок резисторов соединен с выходом дополнительного двухпозиционного переключателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авт. св. СССР № 364956, Q 08 С 9/00, 16.07.70. 2.Авт. св. № 395877, G 08 С 9/00, 22.О3.71 (прототип).