Преобразователь угла поворота вала во временной интервал Советский патент 1979 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к области автоматики, и в частности, может быть применено в качестве преобразователя угла поворота (СКВТ) синусно-косинусного вращающегося трансформатора в аналоговую величину, линейно зависящую от угла поворота. Такой аналоговой величиной могут быть интервал времени, напряжение постоянного тока, полученного путем широтно-импульсной модуляции эталонного напряжения интервалом времени, или другие аналогичные величины, которыми можно управлять, задавая интервал времени. Кроме того, данное изобретение может быть применено для ввода угловых параметров в цифровую вычислительную машину. Известны преобразователи, на выходе которых получаются импульсы, ширина (длительность) которых пропорциональна углу поворота ротора СКВТ 1. Основными недостатками известных преобразователей являются ограниченный диапазон преобразования, так как при использовании двойной RC-цепочки возникает неоднозначность преобразования, связанная с двойным по отношению к углу поворота изменением фазы. Этот недостаток устранен в «Преобразователе угла поворота вала во временной интервал, выбранным в качестве прототипа 2. Преобразователь угла поворота вала во временной интервал, содержащий СКВТ, соединенный с двухканальным фильтром низкой частоты, фазосдвигающий элемент, соединенный с двухканальным усилителем, выходы которой через соответствующие последовательно соединенные компаратор и делитель частоты на два соединены со входами временного кодирующего устройства. Недостатком известного преобразователя является погрешность, возникающая из-за неопределенности срабатывания (сбоя) делителей частоты на два в момент включения преобразователя при переходе сигналов СКВТ через нуль. При сбое угол, соответствующий временному интервалу на выходе временного кодирующего устройства, будет отличаться от угла поворота СКВТ на 180°. Целью настоящего изобретения является устранение этой погрешности, а, следовательно, повышение точности работы преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введены суммирующий и вычитающий операционные усилители, фазовый дискриминатор элемент НЕ, фильтры, дополнительный компаратор, блок равнозначности и генератор импульсов, выходы двухканального фильтра низкой частоты соединены со входами суммирующего и вычитающего операционных усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами фазовращающего элемента, выход временного кодирующего устройства через последовательно соединенные элемент НЕ и первый фильтр соединен с одним из входов дополнительного компаратора и через второй фильтр соединен с другим входом компаратора, выход которого подключен к первому входу блока равнозначности, вход и один из выходов синусно-косинусного вращающегося трансформатора через фазовый дискриминатор соединен с вторым входом блока равнозначности, выход которого через генератор импульсов соединен с одним из делителей частоты на два. На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя, на фиг. 2 - диаграмма работы блоков преобразователя. Преобразователь содержит СКВТ 1, двухканальный фильтр 2 низкой частоты, суммирующий 3 и вычитающий 4 операционные усилители, фазосдвигающий элемент 5, двухканальный усилитель 6, компараторы 7 и 8, делители 9, 10 частоты на два, временное кодирующее устройство 11, элемент 12 НЕ, фильтры 13 и 14, дополнительный компаратор 5, блок 16 равнозначности,, генератор 17 импульсов, фазовый дискриминатор 18. . Преобразователь работает следующим образом. Сигналы СКВТ 1 через двухканальный фильтр 2 низкой частоты, который выделяет напряжение несущей частоты, поступают на суммирующий З.и вычитающий 4 операционные усилители. Если выходные напряжения СКВТ 1 обозначить Vsina и Vcosa, то на выходе суммирующего 3 и вычитающего 4 усилителей напряжения соответственно равны KVV sinia +45°) и (c +45°), где К - коэффициент, в который входят коэффициент передачи двухканального фильтра 2 и коэффициенты передачи усилителей 3 и 4. Указанные напряжения постунают на входы фазосдвигающего элемента 5. Если на входы фазосдвигающего элемента подаются напряжения, пропорциональные sin а и cos а, то на одном ее выходе фазовый сдвиг сигнала равен (а -45°), а на другой (45° - а). Если же поступающие на входы фазосдвигающего элемента напряжения пропорциональны sin (а + 45°) и cos (а + 45, то, очевидно, фазы выходных сигналов будут равны на одном выходе а, а на другом -а.. При этом в нулевом положении СКВТ 1 (когда а 0) разность фаз выходных напряжений первого и второго выходов фазосдвигающего элемента будет равна нулю, то есть выдаваемый преобразователем интервал времени будет равен нулю. Таким образом, введением суммирующего 3 и вычитающего 4 операционных усилителей достигается согласование нулей СКВТ 1 и заявленного .преобразователя. Сигналы с выходов фазосдвигающего элемента 5, имеющие разность фаз, равную 2а, через двухканальный усилитель б подаются на компараторы 7 и 8. Двухканальный усилитель служит для согласования входов компараторов (достаточно низкоомпых) с высокоомными выходами фазосдвигающего элемента. Сигналы с компараторов 7 и 8 подаются через делители 9 и 10 частоты на два, выполненные, например, на триггерах и имеющие синхронизирующие входы, а затем поступают на временное кодирующее устройство 11, где преобразуются в импульсы, имеющие длительность, пропорциональную углу поворота ротора СКВТ 1 в диапазоне углов 0°-360°. При сборе выходных напряжений делителей 9 и 10 частоты на два появляется погрещность преобразования. соответствующая 180°. Далее для пояснения работы преобразователя обратимся к диаграммам, приведенным на фиг. 2. На фиг. 2 а показана зависимость выходного напряжения синусной об.мотки СКВТ 1 от угла поворота. Изменение знака кривой на графике соответствует из.менению фазы выходного напряжения V-sino синусной обмотки. На фиг. 26 показан график выходного напряжения фазового дискриминатора 18. Как видно из графика, это напряжение имеет положительную полярность в диапазоне углов поворота ротора СКВТ от 0° до 180°, а во второй полуокружности оно является отрицательным. На фиг. 2 в изображена диаграмма выходного напряжения на выходе вре.менного кодирующего устройства 11 при 180°. Диаграмма фиг. 2 г изображает выходное напряжение эле.мента 12 НЕ. На фиг. 2ж и 2 3, соответственно, показаны выходные напряжения V.i и V2 фильтров 14 и 13. Эти напряжения поступают на входы компаратора 15, который выдает положительный уровень, если напряжение Vi V2 и, отрицательный (или нулевой) уровень, если Vi Уз. Таким образом, при изображенном положении, когда Yl Vj выходное напряжение дополнительного компаратора 15 отрицательно, и на вход блока равнозначности 6 поступают положительное напряжение от фазового дискриминатора 18 и отрицательное напряжение от компаратора 15. Блок равнозначности в таком случае выдает сигнал «О, генератор 17 не работает и не выдает импульсов на синхронизирующий вход делителя 10 частоты на два. Рассмотрим теперь случай сбоя одного из делителей 9 и 10 частоты на два. При этом возникает на выходе временного кодирующего устройства 11 импульс, длительность которого отличается от угла поворота СКВТ 1 на половину периода (см. фиг. 2д). Выходные напряжения элемента 12 НЕ и фильтров 14 и 13 показаны, соответственно на фиг. 2 е, 2 и, 2 к. Так как при этом то на выходе компаратора 15 появляются положительный уровень напряжения, блок 16 равнозначности выдает сигнал «1, генератор 17 срабатывает и выдает импульсы на синхронизирующий вход делителя 10 частоты на два, изменяя его выходной сигнал на противоположный, то есть восстанавливая соответствие между углом поворота ротора СКВТ 1 и временными интервалами на выходе временного кодирующего устройства. Аналогично можно доказать, что если угол а 180°, то при правильной, без сбоев, работе делителей 9 и 10 частоты на два компаратор 15 выдает положительное напряжение, в то время как фазовый дискриминатор 18 выдает отрицательное напряжение, в результате чего на выходе блока 16 равнозначности вырабатывается сигнал «О, и генератор 17 не выдает импульсов на синхронизирующий вход делителя 10 частоты на два. При сбое любого из делителей знак выходного напряжения компаратора 15 меняется на противоположный, блок равнозначности выдает сигнал «1, генератор 17 срабатывает, и на выходе временного кодирующего устройства 11 появляются импульсы, длительность которых соответствует углу поворота ротора СКВТ 1. Таким образом, предложенное техническое рещение позволяет, по сравнению с прототипом, избавиться от погрешности, возникающей из-за неопределенности срабатывания де тителей частоты на два, и тем самым, повысить точность преобразования. 6 Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала во временной интервал, содержащий синуснокосинусный вращающийся трансформатор, соединенный с двухканальным фильтром низкой частоты, фазосдвигающий элемент, соединенный с двухканальным усилителем, выходы которого через соответствующие последовательно соединенные компаратор и делитель частоты на два соединены со входами временного кодирующего устройства, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности преобразователя, в него введены суммирующий и вычитающий операционные усилители, фазовый дискриминатор, элемент НЕ, фильтры, дополнительный компаратор, блок равнозначности и генератор импульсов, выходы двухканального фильтра низкой частоты соединены со входами суммирующего и вычитающего операционных усилите.тей, выходы которых соединены с соответствующими входами фазосдвигающего элемента, выход временного кодирующего устройства через последовательно соединенные элемент НЕ и первый фильтр .соединен с одним из входов дополнительного компаратора и через второй фильтр соединен с другим входом компаратора, выход которого подключен к первому входу блока равнозначности, вход и один из выходов синуснокосинусного вращающегося трансформатора через фазовый дискриминатор соединен с вторым входом блока равнозначности, выход которого через генератор импульсов соединен с одним из делителей частоты на два. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3555542, кл. 340-347, 1975. 2.Заявка .№ 2135349, по которой принято положительное рещение о выдаче авторского свидетельства.

пит

а 0°

.2