Преобразователь углового положения вала в напряжение Советский патент 1977 года по МПК G01D5/243 

1

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть ирименено в следящих системах и счетно-решаюЩИх устройствах, иреобразователях координат, в фазовых измерениях.

Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий синусно-кооннусный вращающийся трансформатор, фазовращатель, ключи, модуляторы и логические элементы 1.

Однако известный преобразователь не обеспечивает достаточную точность работы.

Наиболее близким по технической сущности к афедлагаемому устройству является преобразователь углового положения вала в напряжение, содержащий фазорасщепитель, вход которого подключен к выходу генератора иесущей частоты, а выходы соединены со входам1И переключателя, управляющий вход которого подключен к выходу генератора модулирующей частоты .выходы переключателя подключены ко входам синусно-косинусного поворотного трансформатора, выход которого соединен с одним входом первого множительного устройства, выход которого подключен ко входу первого фильтра 2.

Недостатками этого преобразователя являются нелинейная зависимость выходного сигнала преобразователя от аналогового сигнала, ч влиянне на точность работы преобразователя нестаб:ильностп амплитуд выходного напряжения фазовращателя и опорного напряжения, внутреннего шума фазовращателя и его фазовой иогрешности. Целью изобретення является повышение точности работы устройства и получение линейной характеристики преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительно фильтр и

мнолс ительные устройства, сумматор, фазосдвигающая цеиь и фазоинвертор, вход которого подключен к одному выходу фазорасщепителя, а выход - к первому входу фазосдвигающей цепи, второй вход которой соедпнен с выходом сумматора, а выход фазосдвигающей цени подключен к другому входу первого множительного устройства, выход которого соединен с одним входом второго множительного устройства, выход которого

через второй ф1ильтр подключен к одному входу третьего миолчительного устройства, выход которого соединен с шервым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра, другие входы второго и третьего множительных устройств соединены с выходом генератора модулирующей частоты. Функциональная схема преобразователя углового положения вала в напряжение представлена на чертеже. Устройство содержит фазорасщепитель 1, вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты 2. Выходы фазорасщепителя подключены ко входам -переключателя 3, управляющий вход которого соединен с выходом генератора модулирующей частоты 4. Выходы переключателя соединены со входами синуснокоспнусиого :поворотного трансформвтора 5, подключенного к одному входу множительного ycTpoficTBa (j, друго1 вход которого соединоп с выходом фазосдвигающей цепи 7, подключенной че)ез фазоннвертор 8 к одному выходу фазовращателя 1, выход множительного устройства 6 соединен через ф 1льтр 9 с одним входом сумматора 10, и непосредственно - с одним входом множительного устройства 11, выход которого через фильтр 12 подключен к одному входу мнол :ительного устройства 13, соединенисно с другим входом сумматора 10, выход которого подключен к одному из входов фазосдвигающей цепи 7. Выход генератора модулирующей частоты соединеп с соответствующими входами множительиых устройств М и 13. Работа преобразователя происходит следующим образом. Входным сигналом преобразователя является угол Я(/). Сигнал K(t) .поступает на механический вход синусно-косинусного поворотного трансформатора (СКПТ) 5, залитываемого двумя квадратурпыми напряжениями Usm «ч и и cos а, I, постулаюихпми на электрические входы СКПТ с выходов переключателя 3, входы которого соединепы с выходами фазорасщепителя 1, вьшолняющего расщепление однофазного выходного напряжения генератора несущей частоты Гш на два -квадратурных напряжения. Переключатель 3 осуществляет переключение выходных квадратурных напряжений фазорасщепителя 1 относительно входов СКПТ с частотой, равной ча1стоте модулирующего сигнала M(t), подаваемого на управляющий вход переключателя 3 от генератора модулирующей частоты Га . Переключение залитывающнх СКПТ напряжений относительно его входов .позволило получить на выходе СКПТ фазомодулированное переменное напряжение t,(t) .вида: S (t) Л„. cos ш + ). (t) -f Жф (t) + (t)+n, (t), (1) где Ло и ш - априорно известные значения амплитуды н частоты; А. (О - полезная составляющая фазы, линейно зависящая от угла на механическом входе заявляемого преобразователя; ф(0 - собственная фазовая погрещность СКПТ; (0 - внутренние помехи, щум фазовращателя, который можно считать белым шумом, с нулевым средним значением. Выходное напряжение синусно-косинусного поворотного трасформатора поступает на вход множительного устройства 6 на второй вход которого подается опорное напряжение с .выхода фазосдвигающей цепи 7, которая заплтывается.одним из выходных квадратурных напряжений фазорасщепителя, сд:3:;;;утым на 180° но фазе фазоинвертором 8. Ма управляющий вход фазосдвпгающей цени 7 ггоступает напряжение f/i вида ,л(0-Жф(0 + т(0,(2) где л (О - иапряжение, линейнозависящес от входного угла Я{/) на механическом входе преобразователя, Ф (О - напряжение, линейно зависящее от собственной фазовой ногреипгостл СКПТ- Л1Ф() - модулирующая функция. Фазосдвигающая цеи, осуществляет сдвиг по фазе запитывающего ее напряжения, прямо нропорциональный напряжению иа ее управляющем входе, выходное но:1ряже1 ие фазосдвигающей цеин пр)1 этом имеет вид: ,81пК + .(/).() + (/)1 (ЗУ Множительное устройство 6 осуществляет перемножение выходного напря:ч ения СКПТ (/) и опорного напряжения Uz, в результате чего выходное напряжение множительного устройства б определяется уравнением: му - sin f(/. - ).) .Жф (/) + (9 - ср) + + + (/.-).).fф(/)-f + ( + Т)+«д(0.(4) где Яд (О - внутренние помехи ФВ, приведенные к выходу множительного устройства. Напряжение Учу поступает в два параллельных канала. В первом из этих каналов (Уму поступает на вход множительного устройства 11, опорным сигналом которого является модулирующая функция уИф(0. В результате перемножения сигналов Уму и Мф(} на выходе мнол ительного устройства 11 получаем напряжение вида „у sin (X - X) + (ср - 9) X X Мф {() + - Мф (I) sin 120)/ + (X + /,) X (/) + (-) + Пд ( (ОСигнал Уму поступает на низкочастотный фильтр 12 с полосой пропускания, меиьп1ей частоты модулирующего сигнала Мф(/). Поэтому сигнал v на выходе фпльтра, явля:ощемся выходом всего преобразователя, пропорционален иостоянной составляющей его входного иа-пряжения f/му и в статике имеет вид X k, COS ( - 9) (X - X), (6) 2 где ki - статический коэффициент передачи фильтра 12. Учитывая то, что отключения выходной координаты преобразователя о г его входной координаты K(t) как правило малы, п отклонения оненк фЧ) от погрешности rp(0 также малы, можем записать (6) в виде (заменив значения sin (Л-Л) малого угла самим углом, а значение cos (ф-ф) единицей); А,-Аг ) -(7) }, /fe, Из уравнения (8) видно, что увеличением статического коэффициента .передачи фильтра 12 можем получить высокую точность преобразования угла л(/) в напряжение (0Во втором иараллельном канале преобразователя иапря}кение поступает на вход низкочастотного фильтра 9 с полосой нропускаиия меньшей частоты модулирующего сигнала, как и для фильтра 12. Сигнал ф на выходе такого фильтра пропорционален постоянной составляющей напряжения L/Mv и в статике описываегся уравнением:cos (1 X) sin (ф - ср), (9) где k-2 - статпческт Й коэффициент усиления фильтра 9. Учитывая .малые значения отколнений (ф-- Ф) и (К-X) уравнение (9) упрощается до линейной формы .). Как виднм :из уравнения (11) повыщением статического коэффициента передачи k фильтра 9 можем получить достаточную точность преобразования ф (фазовой погрещности СКПТ) в напряжение. Напряжение ф поступает на вход сумматора 10, на второй вход которого поступает напряжение /7з с выхода множительного устройства 13, осуществляющего перемножение выходного напряжения преобразователя п опорного сигнала Л1ф(/), в результате перемножения:U, M(f).l(t. Сумматор осуихествляет су.ммироваиие напряжений q и f/3 и формирует напряжение /,/.().Мф(0 + т(0 поступающее, как уже говорилось выще, на управляющий вход фазосдвигающей цепи 7. Формула выходного сигнала л .преобразователя (8) убедительно показывает, что между входным и выходным сигналами предлагае.мого -преобразователя существует лииейиая зависимость, и что введение в преобразователь новых элементов и связей обеспечивает достижение достаточной точности работы устройства. Формула изобретения Преобразователь углового положеипя вала в напряжение, содержащий фазорасщепитель, вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты, а выходы соединены со входами переключателя, управляющий вход которого подключен к выходу генератора модулирующей частоты, выходы переключателя подключены ко входам синусно-косинусиого поворотного трансформатора, выход которого соединен с одним в.ходом перiBoro множительного устройства, вы.ход которого подключен ко входу первого фильтра, отличающийся тем, что, с целью повыи еиия точности работы устройства, в него введены дополнительно фильтр « миожительные устройства, сумматор, фазосдвигающая цепь и фазоинвертор, вход которого подключей к одному выходу фазорасщеиителя, а выход - к первому входу фазосдвигающей цепи, второй вход которой соединен с выходом сумматора, а выход фазосдвигающей цепи подключен к другому входу первого множительного устройства, выход которого соединен с одним входом второго множительного устройства, вы.чод которого через второй фильтр подключен к одно.му входу третьего множительного устройства, выход которого соединен с первым входом су.м.матора, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра, другие входы второго и третьего множительных устройств соединены с выходом генератора модулирующей частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авт. св. № 388291, кл. G 08С 9/04, 1970. 2.Петрович Н. Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией, М., «Советское радио, 1965, с. 12-13 (прототип).