Преобразователь угла поворотаВАлА B КОд Советский патент 1981 года по МПК G08C9/06 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике к может быть использовано для точного измерения угла поворота вала в различных отраслях науки и техники.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий связанный с двигателем растровый кодируюндий диск, по обе стороны которого закреплены источники света и фотоэлементы, связанные со схемой регистрации 1.

Недостатком данного преобразователя является невысокая точность, что обусловлено возможной нестабильностью вращения кодирующего диска. Кроме того, после каждого предыдущего цикла работы прорези дне ка занимают по отношению к фотоэлементам произвольное, неопределенное положение, в результате чего ощибка при из.мерениях может составлять две единицы счета.

Известен преобразователь угол-код, содержащий соединенный с двигателем диск опроса, генератор счетных импульсов, две пары фотодиод-источник света и связанный с ними, через нуль-орган блок формирования кода, в состав которого входят триггеры, ключевые схемы и блок измерения отнощения числа счетных импульсов. Для устранения влияния нестабильности вращения диска опроса данный преобразователь снабжен дополнительным фотодиодом и катущками индуктивности, что в определенной мере повышает точность измерения (2J.

Однако при нефиксированном положении диска возможна ошибка в две единицы счета, что отрицательно сказывается на точности измерения угла.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя путем уменьшения возможной ошибки до одной, единицы счета.

Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий двигатель, соединенный с кодирующим диском, две пары фотодиод-источник света, одна из которых установлена на корпусе, а другая - на кодируемо.м йалу, два нуль-органй, входы которых соединены с фотодиодами, а выходы - с дву.мя входами первого триггера, вь1ход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со входо.м счетчика, генератор, второй элемент И и второй триггер, введены синхронный делитель частоты и блок питания двигателя.

выход которого соедиигп с .двигателем, первый вход блока riirui ;;iH двигателя соединен с выходом второе чу,1Ь-органа, третьим входом второго триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом блока питания двигателя и выходом второго триггера, выход второго элемента И соединен со входом генератора, выход которого соединен с третьим входом первого триггера, вторым входом первого элемента И и входом синхронного делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом блока питания двигателя, а первый и второй входы второго триггера соединены с шинами команд «Стоп и «Старт.

Такое выполнение преобразователя позволяет исключить ошибки, обусловленные нестабильностью вращения диска, а также устранить ошибку в одну единицу счета, которая возникает вследствие того, что прорезь диска занимает в начале измерений неопределенное положение по отношению к оптической оси опорной неподвижной пары фотодиод-источник света.

На чертеже приведена схема преобразователя угла поворота вала в код.

Преобразователь содержит синхронный двигатель (переменного тока) 1 и кодирующий диск 2 с прорезями. Диск размешен .между элементами пар фотодиод-источник света (светодиод)-3 и 4. Пара 3 закреплена неподвижно (на корпусе устройства), а пара 4 установлена на кодируемом валу 5, угол поворота которого необходимо измерять, фотодиоды пар 3 и 4 связаны через нуль-органы 6 и 7 с устройством 8 формирования кода, в которое входит RS-триггер 9, к первому и второму .входам которого подключены нуль-органы 6 и 7, элемент И 10, один из входов которого связан с выходом RS-триггера 9 и счетчик 11, подключенный к выходу элемента И 10. Кроме того, преобразователь содержит генератор 12 счетных импульсов, элемент И 13, а также устройство 14 управления двигателем, в состав которого входит синхронный делитель 15 частоты, блок 16 питания двигателя и трехвходовый Д-триггер 17, первый и второй входы которого связаны с шина.ми сигналов соответственно «Стоп и «Старт. Генератор 12 счетных импульсов через делитель 15 связан с блоком 16 питания двигателя, который в свою очередь подключен к двигателю 1. Кроме того, генераглр 12 связан с устройством 8 формирования кода, а именно - с третьим входом тригlofia 9 и вторым входом элемента И 10.

нуль-органа 7, связанный с первым входом триггера 9, а также с третьим входом триггера 17, первым входом блока 16 питания и одним из входов элемента И 13, второй вход которого подключен к выходу триггера 17. При этом выход триггера

17 связан также с третьим входом блока 16 питания двигателя.

Преобразователь работает следуюшим образом.

После предыдущего цикла измерений (или специального подготовительного цикла) кодирующий диск 2 занимает, за счет наличия устройства управления двигателем 14, строго фиксированное положение, при котором щель диска располагается на оптической оси пары 3 фотодиод-источник света.

На входе нуль-органа 7 присутствует фототок приемника света (фотодиода пары 3), а на выходе - потенциал логической единицы, который поступает на первый вход триггера 9 и на третий вход Д-триггера 17.

До поступления команды «Старт триггер 17 находится в состоянии, когда на его выходе присутствует логический «О.

Логический ноль поступает через элемент 13 на запрещающий вход генератора 12. На выходе генератора 12 напряжение отсутствует, двигатель 1 обесточен, счетчик 11 незаполнен.

По команде «Старт, поступающий на третий вход триггера 17, на его прямом вы5 ходе формируется логическая «1, запускающая генератор 12. Высокочастотные счетHbie импульсы поступают с генератора 12 на третий вход триггера 9, и на его выходе появляется логическая «1 (до прихода импульса на первом входе триггера 9 присут ствовала единица с выхода нуль-органа 7).

Одновременно импульсы с генератора 12 поступают на элемент И 10 и после переключения триггера 9 в состояние единицы (время переключения намного .меньше длительности импульса) проходят на вход счетчика 11.

Таким образом, начиная с первого и.мпульса генератора 12 происходит отсчет числа, пропорционального угловому положению вала. Q

Поступление первого счетного импульса совпадает с моментом трогания диска 2, так как импульсы с генератора 12 одновременно поступают через синхронный делитель 15 частоты на вход блока 16. Блок 16, работающий по принципу широтно-импульсной модуляции, обеспечивает питания синхронного двигателя 1 импульсами, частота которых постоянна, а длительность зависит от изменений скорости вращения диска 0 модулятора.

При этом передний фронт питающих импульсов совпадает с передним фронтом ВЧ счетных импульсов, а временная нестабильность вращения двигателя (с учетом отсутствия нагрузки на его валу) приближается 5 к нестабильности самого генератора 12. Высокая стабильность вращения обеспечивается наличием обратной связи блока 16 питания с нуль-органом 7. С начала вращения диска формируются две последовательности импульсов от пары 3 фотодиод-источник света и пары 4, фазовый сдвиг между которыми пропорционален углу поворота вала. Эти две последовательности после формирования нуль-органами 6 и 7 поступают на первый и второй входы триггера 9 и формируют вр енной интервал, заполняемый импульсами генератора 12 через элемент И 10. При поступлении команды «Стоп на первый вход триггера 17 переключение триггера в ноль произойдет только в момент наличия сигнала на выходе нуль-органа 7, т. е. в тот момент, когда щель диска совпадает с оптической осью пары 3. В этот момент -на генератор 12 поступает кратковременный сигнал «Стоп, который появляется и на выходе блока 16. С каждым последующим поворотом, продолжающего вращаться диска 2, длительность запрещающего импульса с элемента И 13 увеличивается, что приводит в конечном итоге к остановке двигателя и диска в требуемом фиксированном положении, которое и является исходным положением для следующего цикла, работы. Введение в преобразователь устройства управления синхронным двигателем, которое обеспечивает работу двигателя в синхронизме с работой высокостабильного генератора счетных импульсов (фазовый сдвиг между импульсами пары 3 и импумьсами генератора есть постоянная величина), позволяет исключить ощибки, связанные с нестабильностью вращения диска, а также дает возможность совместить во времени момент трогания диска с моментом поступления в счетчик первого счетного импульса, в результате чего исключается ошибка в одну единицу счета, которая могла возникнуть в начале отсчета и привела бы к снижению точности измерений. Таким образом, предлагаемая конструкция преобразователя обеспечивает повышение точности измерений (особенно на начальных участках диапазонов углов) и уменьшает возможную ошибку до одной единицы счета. Экономический эффект от использования данного изобретения обусловлен его техническими особенностями, приведенными выще. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий двигатель, соединен и:|,|н с кодирующи.м диском, две пары фотодиодисточник света, одна из которых установ.к на на корпусе, а другая - на кодируемом валу, два нуль-органа, входы которых соединены с фотодиодами, а выходы - с двумя входа.ми первого триггера, выход которого соединен с первым входо.м первого элемента И, вы.ход которого соединен со входом счетчика, генератор, второй элемент И и второй триггер, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности преобразователя, в него введены синхронный делитель частоты и блок питания двигателя, выход которого соединен с двигателем, -первый вход блока питания двигателя соединен с вы.ходом второго нуль-органа, третьим входом второго триггера и первым входом второго эле.мента И, второй вход которого соединен С третьим входом блока питания двигателя и выходом второго триггера, выход второго элемента И соединен со входо.м генератора, выход которого соединен с третьим входо.м первого триггера, вторым входом первого элемента И и входом синхронного делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом блока питания двигателя, а первый и второй входы второго триггера соединены с шинами команд «Стоп и «Старт, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 506893, кл. G 08 С 9/06, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР jyo 525145, кл. G 08 С 9/06, 1975 (прототип).