Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1982 года по МПК G08C9/04 

1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования угла поворота в код методом пространственного кодирования при бесконтактном съеме информации с датчика углового положения.

Известен преобразователь угла поворота в код, в котором используются катушки индуктивности в качестве чувствительных элементов, параметры которых изменяются в зависимости от их положения относительно металлических площадок кодового диска 1.

Недостатками преобразователя являются невысокая надежность и узкая область применения.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор синхроимпульсов, автогенератор и датчик угла поворота с кодовым диском и индуктивными чувствительными элементами, каждый из которых соединен с соответствующим

компаратором и образует отдельный измерительный канал 2.

Недостатками преобразователя являются низкое быстродействие из-за последовательного опроса измерительных каналов, невысокая надежность и узкая область применения без перестройки параметров автогенератора при применении расстояния между датчиком угла поворота и электронной частью преобразователя.

Цель изобретения - повьпиение быстродействия , надежности и расширение области применения преобразователя угла поворота вала в код.

t$

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий формирователь синхроимпульсов, датчик угла поворота с кодо}зым диском

20 и индуктивными чувствительными элементами, каждый из которых соединен с первым входом компаратора и образует отдельный измерительный ка

ал, введены формирователь задержанных стробирующих импульсов и в кажый канал - формирователь кода, состоящий из последовательно соединенных элемента И и RS-триггера, интегратор и два нормирующих зарядных ключа, выход первого из которых соединен с первым входом компаратора, ко второму входу которого подключены интегратор и выход второго нормирующего зарядного ключа, выход компаратора соединен с первым выходом формирователя кода, второй вход которого соединен с выходом формирователя задержанных стробирующих импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, который соединен с третьим входом формирователя кода и управляющими входами нормиру1рщих зарядных ключей, входы питания которых соединены с входом питания преобразователя.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя угла поворота вала в код с одним измерительным каналом; на фиг. 2 - временные диаграммы работы преобразователя угла поворота вала в код.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит формирователь 1 синхроимпульсов, формирователь 2 задержанных стробирующих импульсов, датчик 3 угла поворота с кодовым диском (не показан) и индуктивными чувствительными элементами, нормирующие зарядные ключи 4, компараторы 5, формирователи 6 кода с злементами И 7 и RS-триггером 8, интеграторы 9 и нормирующие зарядные 10.

Работа преобразователя угла поворота вала в код осуществляется Следующим образом.

В течение длительности 1,.синхро импульсов, поступающих на входы ключей А с выхода формирователя 1 синхроимпульсов (фиг.2а), все ключи 4 одновременно отпираются этими синхроимпульсами. Через открытый , транзистор Т- ключа 4 происходит заряд суммарной емкости С кабельной линии связи, включенной между коллектором транзистора и соответствующим индуктивным чувствительным элементом L, датчикаЗ угла поворота. Заряд емкости производится до нормированного уровня напряжения, равного минус (Ь - IL-.)

- напряжение питания коллектор

ной цепи транзистора ключа 4, - напряжение коллектор-эмиттер,

открытого до насыщения транзистора . Учитывая, что величина ШдУ большого числа типов транзисторов не превышает 0,1-0,2 В, при выборе величины напряжения Е равной, например 10 В, в первом приближении можно считать нормированным уровень напряжения, до которого заряжается емкость Г; линии связи, равным Е.

т

в преобразователе обеспечена независимостьномированного уровня напряжения Е, до которого заряжается емкость Г , от изменения величины емкости Q , в широких пределах без перестройки .параметров преобразователя. Это достигается выбором таких величин длительности синхроимпульсов ti и тока коллектора транзистора T-i , It,, чтобы за время t максимально допустимая величина емкости заряжена от О до уровня напряжения (Е) согласно соотношению

I С-- - . ллакс t

После окончания синхроимпульса в момент времени Ц (фиг.2б) начинается колебательный переходной процесс в каждом из Ц-С -контуров, образованных индуктивноетями LI, чувствительных элементов датчика 3 угла поворота и емкостями Q линий связи

этих чувствительных элементов с электронной частью преобразователя. Этот колебательный переходной процесс описьюается вьфажением И Ee sinwt,

где Е - номированнь1й уровень, до которого заряжается

, емкость С, , --ferC

he - выражение зкспоненциальной огибающей переходного колебательного про, , цесса в L.C-контуре;

г -Li

/«- - постоянная времени огибающей переходного колебательного процессаJ Г - суммарное сопротивление потерь индуктивности

L чувствительного элел..

мента на частоте f;

tf 2if{- круговая частота затухающих колебаний в L C -контуре; t - текущее время. Значение суммарного сопротивлени потерь г в колебательном L-C --конту ре на данной частоте зависит от взаимного положения индуктивного чувствительного элемента L- и рабоч участков кодового диска датчика 3 угла поворота. Если кодовый диск выполнен в вид чередующихся участков сталь-феррит то величина споротивления потерь Г- при расположении чувствительного элемента L над участком сталь существенно больше сопротивления по терь г при расположении чувствител ного элемента L: над участком феррит кодового диска датчика 3 угла поворота. Сопротивлению потерь г поставим в соответствие состояние логического О, а споротивлению потерь - состояние логической датчика 3 углового положения. В случае использования кодового диска типа магнитомягкая стальферрит величина индуктивностей LQ и чувсвительных элементов L-i датчика 3 угла поворота при чере довании участков сталь и феррит практически не изменяются, т.е. можно считать, что L Ц const. В этом случае отношение К величин постоянных времени Т (для состояния логической 1) и TQ (для состояний логического О),соответстл.ующих экспоненциальных огибающих „-t/t „-t/гго be и he переходных колебатель ных процессов в Ц-Qj-контуре опреде ляется выражением If 2Г-1 1а , - о При этом в каждый текущий момент времени t после начала переходного колебательного процесса амплитуда экспоненциальной огибащей состояния логической 1 превьппает величину огибающей Её о для состоя ния логического О (фиг.в). Зададим на втором входе компаратора 5 напряжений постоянный уровен компарации Uj Е. Тогда в предела интервала времени ( стР (фиг.2 бив), задержанного относительно момента окончания синхроимпульса на длительность () t .уровень экспоненциальной огибающей lEe превышает уровень напряжения компарации Uj, а уровень экспоненциальной огибающей Ее ниже уровня компарации U для значений t-j и СТР удовлетворяющим следующим условиям , (г-1 -Го) In UK Для и, - 0,3 Б ц 0,54 Г , и Чтр О.бТ (фиг.Зв). Интервал времени , удовлетворяющий этим условиям.выделен жирной линией. На выходе элемента И 7 формируются импульсы в моменты времени 4- пределах длительности (фиг.З г) из числа импульсов на выходе компаратора 5 в случае, когда чувствительный элемент L датчика 3 угла поворота находится над участком феррит кодового диска (фиг.З в). Когда чувствительный элемент датчика 3 угла поворота находится над участком сталь кодового диска, на выходе компаратора 5 в пределах длительности tcTp импульсы не формируются (фиг.З в). На выходе формирователя 6 код (Q - выход RS-триггера 8) формируется напряжение, соответствующее логической , импульсами, поступающими на S-вход RS-триггера 8 с выхода элемента И 7. Напряжение, соответствующее логической I, в этом случае сохраняется до момента постугг ления на R-вход RS-триггера 7 импульса с выхода формирователя синхроимпульсов . Импульсами с выхода формирователя 1 синхроимпульсов RS-триггер 8 устанавливается в состояние логического О по R-входу. В случае, когда на S-вход RS-триггера 8 не поступают импульсы -с выхода элемента И 7, состояние логического О на Q-выходе RS-триггера сохраняется в течение времени, пока чувствительный элемент датчика 3 угла поворота находится над участком сталь кодового диска. Введение в преобразователь переменного уровня компарации, поступающего на второй вход компаратора 5 с ключа 10 и интегратора 9, позволяй, увеличить максимально допустимую длительность стробимпульса в несколько раз, что позволяет существенно расширить пределы догъустиiMoro изменения величины емкости С(и длины линии связи между датчиком 3 угла поворота и электронной частью преобразователя) без перестрой элементов схемы. Формула изобретения Преобразователь угла поворота ва ла в код, содержащий формирователь синхроимпульсов, датчик угла поворо та а кодовым диском и индуктивными чувствительными элементами,каждый из которых соединен с первьм входом Компаратора и образует отдельный из м рит ельный канал, отличающийся тем, что, с целью повьппеJHHH быстродействия, надежности и расширения области применения преобразователя, в него введены формирователь задержанных стробирующих импульсов и в кажда,1й Канал - формирователь кода, состоящий из последовательно соединенных элемента И И RS-триггера, интегратор и ива нормирующих зарядных ключа, выход первого из которых соединен с первым входом компаратора, ко второму входу которого подключены интегратор и выход второго номирующего зарядного ключа, выход компаратора соединен с первым выходом формирователя кода, второй вход которого соединен с выходом формирователя задержанных стробирующих импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, которьй соединен с третьим входом формирователя кода и управляющими входами нормирующих зарядных ключей, входы питания которых соединены с входом питания преобразователя. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе . Авторское свидетельство СССР 381090, кл. G 06 С 9/04, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР 390548, кл. С, 08 С 9/04, 1970 (прототип).