Устройство для измерения угла поворота вала

)5 6 01 В 21/22 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1264340, кл, 6 01 В 21/26, 1982,Авторское свидетельство СССРМ 1084601, кл, 6 01 В 11/26, 1979.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛАПОВОРОТА ВАЛА(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для высокоточного измеренияуглов поворота. Целью изобретения является повышение точности измерений, устройство, позволяющее за один оборот рабочеймеры производить любое количество измерений и их осреднением получать более точное значение угла. Устройство содержитрабочую меру 1, имеющую радиальные метки 2, приводной двигатель 3, осветитель 4,кварцевый генератор 17, два импульсныхдатчика 6, 7, выходы которых связаны с входами амплитудных дискриминаторов 10. С целью повышения точности измерений угл поворота на рабочей мере 1 нанесены И радиальных меток 2, каждая из которых представляет собой и чередующихся светлых и темных участков, импульсные датчики неподвижный 6 и подвижный 7, связанный с объектом, положение которого измеряется, выполнены состоящими из и фотоприемников 9, расположенных по радиусу рабочей меры 1, выходы фотоприемников подключены ко входам амплитудных дискриминаторов 10, выходы дискриминаторов - к входам двух дешифраторов 11, 12, выходы которых подключены к управляющим входам двух блоков счещков 13, 14, каждый из которых состоит из М счетчиков, счетные входы которых подключены к генератору 17, а выходы - к входам двух коммутаторов 15, 16, выходы которых соединены с входами двух регистров 18, 19, выходы котормх подключены к функциональному преобразователю 20, осуществляющему деление пок 2 азаний регистров 18, 19 и осрвдненив по М измерениям, 1 ил,510 20 30 40 45 50 55 а И 2360/К 1Е=М а,тепе 5 - корпус; 6 - неподеимныи импульс- дя рых подключены к управляющим входам соответствующих блоков счетчиков. каждый из которых состоит из Й счетчиков, счетные входы которых подключены к генератору, а выходы - к входам соответствующих регистров, выходы которых подключены к функциональному преобразователю.Чередование светлых и темных участков идентифицирует каждую метку, представляя ее код, При вращении рабочей меры каждый из отрезков метки проходит под своим фотоприемником и наводит в нем импульсы, амплитуды которых соответствуют светлым и темным участкам метки. Выходы каждого импульсного датчика соединены с блоками амплитудного дискриминирования, представляющими собой бдоки из амплитудных дискриминаторов, нэ выхуоде которых появляются напряжения логических О и 1 при проходе соответственно свет.- лых и темных участков метки. ДешифрВтор неподвижного импульсного датчика при прооде под ним метки выдает сигнал "Начало счета" в зависимости от комбинации нулей и единиц на входе нэ определенные два из 2 И счетчиков, один из которых подсчитывает количество импульсов кварцевого генератора между приходами на него импульсов, соответствующих прохождению данной. метки под неподвижным датчиком, Второй счетчик считает до тех пор, пока на него не поступит импульс "конец счета" со второго дешифратора, соответствующий.прохождению данной метки под подвижным датчиком. Имея число импульсов, соответствующее времени между прохождением конкретной метки подвижного и неподвижного датчиков, делением показаний второго счетчика на показания первого определяют. угол поворота вала, например, как Каждой конкретной метке на рабочей мере соответствует своя пара из 2 И счетчиков. А так как наличие й фотоприемников в датчи 2 ке позволяет различать на рабочей мере М меток, то и частота обновления информации о измеряемом угле будет равна где и- частота вращения рабочей меры. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства с четырьмя фотоприемниками в каждом импульсном датчике (Й=4), где 1 - рабочая мера; 2 - радиальные метки; 3 - привод: 4 - осветиный датчик; 7- подвижный импульсный датчик; 8 - вэл; 9 - фотоприемники; 10 - амплитудные дискриминаторы, в совокупности, представляющие собой блоки амплитудного дискриминирования; 11 - дешифратор неподвижного датчика; 12 - дешифратор подвижного датчика; 13, 14 - блоки счетчиков;15, 16- коммутаторы; 17- кварцевый генератор; 18, 19 - регистры; 20 - функциональный преобразователь,Устройство состоит из рабочей меры 1, выполненной в виде плоского цилиндра из прозрачного материала, на основаниях которого симметрично относительно поперечной плоскости симметрии нанесены по М радиальных меток 2, каждая из которых представляет собой чередование. светлых и темных участков в радиальном направлении; привода 3, обеспечивающего вращение рабочей меры; осветителя (лампы накаливания или светодиода) 4, расположенного на неподвижном корпусе 5, и освещающего боковую прозрачную поверхность рабочей меры; импульсного датчика 6, рас 25 положенного на корпусе; подвижного импульсного датчика 7, связанного с валом 8. угловое положение которого измеряется относительно. неподвижной части,Каждый из датчиков 6, 7 состоит из й фотоприемников 9, расположенных по обоим сторонам рабочей меры радиально на расстояниях от ее оси вращения, соответствующих радиусам чередующихся участков меток; 2 Й амплитудных дискриминаторов 10, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками, выходы - с двумя дешифрэторами 11, 12, выходы дешифратора неподвижного датчика соединены с управляющими входами блока счетчиков 13, 14. Выходы дешифрэтора подвижного датчика соединены с управляющими входами блока счетчиков 14, Каждый из блоков счетчиков 13, 14 состоит из й счетчиков, счетные входы которых соединены с кварцевым генератором 17, выходы блоков счетчиков 13, 14 соединены с входами коммутаторов 15,16, выходы которых соединены со входами регистров 18, 19, выходы регистров соединены с входами функционального преобразователя 20, осуществляющего вычисление угла, и осреднение измерений сделанных за один или несколько оборотов рабочей меры.Устройство работает следующим образом. В процессе работы кварцевый генератор 17 постоянно создает сигнал стабильной высокой частоты. При вращении рабоЧей меры 1 с постоянной угловой скоростью каждая из радиальных меток 2, прохопод неподвижным импульсным датчикомб, связанным с нулевым направлением, создает на выходах его й фотоприемников 9 импульсы различной амплитуды, импульсы с выходов фотоприемников 9 поступают на входы Й амплитудных дискриминаторов 10, которые ставят в соответствие импульсам на входе импульсы, соответствующие логи.- ческим 0 или 1 в зависимости от тото какой отрезок метки, светлый или темный прохо. дит под фотоприемником, комбинация О и 1 на входах блока амплитудного дискриминирования образует код, соответствующий прохождению конкретной метки,Этот код поступает на дешифратор 11, который в зависимости от кода запускает одну из пар счетчиков блоков 13, 14, работающих с данной меткой, счетчик блока 13 подсчитывает количество импульсов выдаваемых кварцевым генератором между двумя проходами данной метки под импульсным датчиком 6, счетчик блока 14 подсчитывает количество. импульсов до момента прохождения данной метки под подвижным импульсным датчиком 7, который через свой дешифратора 12 выдает в этот момент сигнал "Конец счета" насчетчик блока 14, значения пары счетчиков блоков 13, 14 после прохода второго импульса на счетчик блока 13 направляются коммутаторами 15, 16 в регистры 18, 19, значению количества импульсов из регистров 18, 19 поступают е функциональный преобразователь 20, осуществляющий вычисление угла поворота, например, по приведенной выше формуле и производящий операцию осреднения по результатам й измерений эа один оборот или за несколько оборотов. Измеренные значения угла могут поступать и сразу к пользователю с частотой в й, точность измерения повышается за счет деления показаний счетчиков блока 14 на показания счетчиков .блока 13, т.е. благодаря постоянному измерению средней угловой скорости рабочей меры за один оборот, для уменьшения погрешностей связанных с нестабильностью скорости вращения рабочей меры внутри одного оборота й измеренных за один оборот значений угла подаются в блок осреднения, выполненный, например, в виде счетчика, с помощ 2 ью этого осуществляется осреднение по й измерениям.Преимуществом предлагаемого устройства является повышенная точность измерения угла, полученная за счет уменьшения ошибок измерения, связанных с колебанием угловой скорости вращения рабочей меры в пределах одного оборота, путемосреднения по й получаемым измеренным значениям за один оборот, Точность устройства ограничивается только габаритами необходимыми для размещения большего количества фотоприемников в каждом датчике и быстродействием элементной базы,Устройство не требует прйменения точных технологий для изготовления рабочей меры. 10 Предлагаемое устройство позволяет повысить частоту обновления информации об измеряемом угле в И раз и, следовательно, уменьшить динамическую ошибку измерения.Экономический эффект образуется за счет повышения точности измерения, отсутствия точных технологий при производстве другими при той же точности измерения,Формула изобретения Устройство для измерения угла поворота вала, содержащее рабочую меру в виде цилиндра с кодовой дорожкой, привод, осветитель, неподвижный импульсный датчик, подвижный импульсный датчик, связываемый с обьектом, кварцевый генератор, блок амплитудного дискриминирования и реЗО гистр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снаб жено вторым блоком амплитудного дискриминирования и вторым регистром двумя дешифраторами и функциональным преобразователем угла поворота, кодовая дорожка рабочей меры нанесена на основания цилиндра и выполнена в виде й меток, каждая из которых представляет собой й чередующихся светлых и темных участков, импульсные датчики выполнены из и фотоприемников,. расположенных вдоль радиусов оснований рабочей мерц, выходы датчиков подключены к входам блоков амплитудного. дискриминирования, выполненных с й входами и выходами, выходы которых подключены к входам соответствующих дешифраторов, выходы которых подключены к управляющим входам соответствукицихблоковсчетчиков, каждый иэ которых состоит из М счетчиков, счетные входы которых подключены к генератору, а выходы - к входам соответствующих регистров, выходы которых подключены к функциональному преобразователю,датчика, низкой(в десятки раз) его цены, по 20 сравнению с кодовыми датчиками, например, типа "Мхитар", "Гоар" и подобными