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

1

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие датчик угла, работающий в фазовом режиме, и вторичный блок преобразования напряжений в код. Выходным сигналом датчика угла является напряжение, фазовый сдвиг которого относительно опорного напряжения пропорционален углу поворота. Вторичный блок преобразования осуществляет операцию преобразования разности фаз напряжений в код. Достоинством фазовых преобразователей является их высокая статическая точность. Погрещность преобразования угла в код современных фазовых преобразователей не превыщает 3-4 угловых секунд. Это достигается прежде всего тем, что фазовые преобразователи позволяют применять новые конструкции первичных датчиков угла ic высокими метрологическими характеристиками 1.

Однако фазовые преобразователи угла п код сложны, микроминиатюризация их

вторичного преобразователя затрудвена, быстродействие уступает амплитудным. Поэтому построение вторичного преобразователя, основанного на амплитудном принципе работы, является более выгодиым с 5 точки зрения простоты построеиия, аппаратуриых затрат и быстродействия.

л,

Наиболее близким к предлагаемому по техиической сущиости является преобразоfo ватель угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого соединены с первыми входами блоков умножения частот, выходы которых подключены к входам блока вычитания, выход которого соединен с первым

15 входом компаратора, второй вход которого соединен с общей щииой, а выход подключен к одному из входов реверсивного счетчика, который через блок сииусно-косииусного преобразования кода подключеи к вторым входам блока умножения частот, а также блок преобразования иапряження в последовательный код, вход которого подключен к выходу блока вычитания, а выход соединен со счетным входом реверсивного счетчика 2.

Недостаток этого известного преобразователя состоит в том, что он имеет значительную инструментальную ошибку, обусловленную, главным образом, технологическими погрешностями изготовления синуснокосинусного вращающегося трансформатора. Ошибка такого преобразователя на основе многополюсиых СКВТ достигает 10- 30 угловых секунд.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворота вала в код, путем уменьшения ошибки, обусловленной датчиком угла.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла и блок преобразования напряжений в код, введены два перемножителя сигналов и фазовращатель, вход которого соединен с опорным выходом датчика угла и с первым входом первого перемножителя сигналов, выход фазовращателя соединен с первым входом второго перемножителя сигналов, вторые входы перемножителей сигналов соединены с сигнальным выходом датчика угла, выходы первого и второго перемножителей сигналов подключены соответственно к первому и второму входам блока преобразования напряжений в код.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код.

Преобразователь содержит датчик 1 угла: перемножители 2 и 3 сигналов, фазовращатель 4 и блок 5 преобразования напряжений в код.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Датчик 1 угла вырабатывает на выходах два напряжения, информационное U и опорное UD , разность фаз которых пропорциональна углу поворота оС, т. е. Ч Р cf,, где Р - коэффициент электрической редукции:

и„ Umsin( CJ t + f); Uo -Umsino/t.

Опорное напряжение, проходя через фазовращатель 4, сдвигается по фазе на угол 5Г/2 и на выходе фазовращателя 4 имеет вид

ио Umcosu/t.

В перемножителях 2 и 3 информационное напряжение UH перемножается с опорными напряжениями UQ и Uo- Постоянные составляющие выходных напряжений перемножителей 2 и 3 соответственно равны

Uao A-COS Uao A-sinpoi,

гдеА итКпПостоянная величина, равная произведению входного напряжения UjT) на коэффициент передачи пемножителя Кп

Преобразователь 5 преобразует напряжения Ujc и Uie, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота, в код угла .N «С Погрешность преобразования предложенного устройства зависит от точности датчика 1 угла преобразователя 5, а также от точности преобразования фазомодулированного выходного напряжения датчика 1 угла UM Utn-sin(cJt+f ) в напряжения и и Uje, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота. Точность выработки напряжений U2a и Uj зависит, прежде всего, от равенства коэффициентов передач перемножителей и ошибки в сдвиге фазы напряжения Uo на 90° фазовращателем 4. Построение перемножителей 2 и 3 в частном случае синхронных детекторов на современной элементной базе обеспечивает линейность и неравенство коэффициентов передач не более 0,1%.

Аналогично, современная элементная база позволяет создать фазовращатель 4

на 90° с погрешностью, не превышающей 1 . Например, фазовращатель 4 может быть реализован в виде операционного интегрирующего усилителя, обеспечивающего фазовый сдвиг иа 90° с ошибкой не более

5 0,5- 1.

Поскольку прецизионные датчики угла, как правило, выполняются с редукцией Р 128, 256, погрешность, вносимая фазовращателем и перемножителямн, не превысит значения 1 -0,5.

0 Экономический эффект от использования предлагаемого преобразователя обусловлен отмеченными выше его техническими преимуществами.

Формула изобретения

5 Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла и блок преобразования напряжения в код, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены два Q перемножителя сигналов и фазовращатель, вход которого соединен с опорным выходом датчика угла и с первым входом первого перемножителя сигналов, выход фазовращателя соединен с первым входом второго перемножителя сигналов, вторые входы пе5 ремножителей сигналов соединены с сигнальным выходом датчика угла, выходы первого и второго перемножителей сигналов подключены соответственно к первому и второму входам блока преобразования напряжения в код.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией. Под ред. А. А. Ахметжанова. М., «Энергия, 1978,

5 с. 190-198.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 691909, кл. G 08 С 9/00, 1977 (прототип).

(