Преобразователь угла поворота вала в код

(56) Авторское свидетельство СССРВ 385253, кл. О 08 С 9/06, 1971.Катыс Г.П.Оптико-электронная обработка информации, М.: Машиностроение 1973, с.309, рис.177 а,(54 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД(57) Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техникии может быть использовано при измерении относительных углов в геодезии,машиностроении, научных исследованиях и др. областях. С целью повышенияточности преобразователя в него введены дополнительный осветитель, две,80122828 щелевые диафрагмы, а блок формирования выходных сигналов выполнен содержащим два аналоговых ключа, шестьформирователей импульсов, одновибратор, три элемента ИЛИ, два триггера и преобразователь временных интервалов в код. При вращении зеркала,установленного под углом 45 к плоскости вращения, на выходе фотоприемника Формируются стартовые и стоповые импульсы, пропорциональные углуповорота осветителя и положению зеркала относительно осветителя. Этиимпульсы являются управляющими длязадания работы блока формирования выходного сигнала, Длительность сигнала, сформированного между моментомпоступления стартового импульса имежду моментом поступления стоповогоимпульса, пропорциональна относительному угловому перемещению валапреобразователя и зеркала. Этот сигнал преобразуется в код. 2 ил, 1228281;0 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при измерении относительных углов в геодезии, машиностроении, научных исследованиях и других областях.Цель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворота вала в код.На фиг, 1 приведена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 - структурная схема дискриминатора уровня.Преобразователь содержит входной вал 1, ось вращения которого совпадает с осью ОУ, двигатель 2, на валу которого закреплено зеркало 3, объектив 4, диафрагму 5, фотоприемник 6, основной и дополнительный осветители 7 и 8, перед которыми установлены щелевые диафрагмы 9 и 10 соответственно, блок 1 Формирования выходного сигнала, который содержит формирователи 12 и 13 импульсов, преобразователь 14 временных интервалов в код, ключи 15 и 16, формирователи 17-20 импульсов, одновибратор 21, элементы ИЛИ 22,23 и 24, триггеры 25 и 26.Двигатель 2, объектив 4, диафрагма 5 и осветитель 7 со щелевой диафрагмой 9 установлены на неподвижном основании (не показано), а осветитель 8 со щелевой диафрагмой 10 связан с входным валом .Преобразователь работает следующим образом.При вращении зеркала 3 вокруг оск О( с угловой скоростьюизображение чувствительной площадки фотоприемника 6, ограниченное диаФрагмой 5, сканирует в плоскости ХОЕ, в которой находятся осветители 7 и 8 с установленными перед ними щелевыми диафрагмами 9 и 10. При сканировании щелей диафрагм 9 и 10 на выходе фотоприемника 6 формируются стартовые к стоповые импульсы соответственно, временной интервал 61 между которыми характеризует угол поворота с входного вала 1 относительно основания.С выхода фотоприемника 6 эти импульсы подаются на вход блока 11. Ширина стартовых и стоповых импульсов определяется шириной щелей диафрагм 9 и 10. В преобразователе ширина щели диафрагмы 9 больше ширины щели диафрагмы 10. При этом длительность стартового импульса больше длительностистопового импульса. Параметры одновкбратора 21 подобраны таким образом что длительность с кма пульсов, формкруемьгх последним, постоянна и лежит в интервале (с1 например ., = 0,5(, + ), И ходное состояние триггеров 25 к 26 нулевое (,команда "Установка в 0 через элементы 23 ИЛИ к 24 подается на вход до начала цикла измсренкй на Л-входы триггеров 25 к 26 соответственно), следовательно, ключи 15 к 16 по управляющим входам, соединенным с прямыми выходамк триггеров 25 к 26 соответственно, закрыты. Импульс с выхода Фотоприемника 6 подается на вход Формирователя 17, который по Фронту этого импульса Формкрует импульс запуска Одновибратора 21. Последний формирует на выходе импульс длительностью ,. ПО срезу этОГО кьГпульса Формирователь 8 Формирует импульс, который через элемент 22 ИЛИ г.оступает на Я -вход триггера 25, что вызывает переход последнего в единичное состояние и, следовательно, ключ 15 по управляющему входу Открь 1 вается. Очевидно, что если первый импульс на выходе Фотоприемника 6 имеет длительность(стоповый импульс), то Он на вход формирователей 12 к 13 не поступает (к моменту Открыва нкя ключ 15 по управляющему входу этот импульс уже закончится), к схема подготовлена к беспрепятственному прохождению стартового импульса,чдлительностью (, ) , через ключ 15 на вход Формирователя 12 ,(прк этом очередной импульс Формкрователя 18 подтверждает единичное состояние триггера 25). ПО срезу стартоГ вого импульса длительностью,некоторому уровн:о ас 0,5 А, :де А - амп. лктуда стартового импульса), Формирователь 9 Формирует импульс, который поступает через элемент ИЛИ 23 на Н-вход триггера 25, переводя его в нулевое состояние (ключ 15 закрывается) и на Б-вход триггера 26, переводя его в единичное состояние. Прк этом ключ 6 по управляющему входу открывается. Следовательно, очередной стоповый импульс, длительностью, беспрепятственно поступает через ключ 16 на вход Формирователя 13, По срезу стопового импульса (чровню а(0,5 А) Формкрова 228281тель 20 формирует импульс, который подается через элементы ИЛИ 22 и 24 на Б-;вход триггера 25 и Б-вход триггера 26 соответственно. При этом триггер 25 переходит в единичное состояние, а триггер 26 - в нулевое, что обеспечивает условия для прохождения очередного стартового импульса на вход формирователя 12 (импульсом формирователя 18 через время,подтвердится единичное состояние триггера 25). В дальнейшем работа элементов блока 11 повторяется.Если же первым на вход блока 11 поступает стартовый импульс, длительностью , ) , то в течение времени(времени срабатывания одновибратора и, следовательно, перехода триггера 25 из нулевого в единичное состояние) ключ 15 остал. ется закрытым. Через время , ключ 15 откроется, и стартовый импульс,чдлительностью,- , , поступает на вход формирователя 12.Для исключения связанной с этим погрешности формирователь 12 должен обеспечивать временную привязку к срезу стартового импульса (по уровню 0,5 А). Так как во всем цикле измерений "обрезается" только лишь первый стартовый импульс (в дальнейшем работа элементов блока 11 абсолютно аналогична выше описанному случаю), а преобразователь 14 временных интервалов в код может быть включен после включения блока 11 в целом (достаточное, чтобы эта задержкабыла больше Т, где Т = 27- период развертывания), можно ( )осуществлятьвременную привязку и к фронту стартового импульса (по уровню 0,5 А).Точность преобразования угла о. поворота входного вала 1 в код зависит как от точности преобразователя в код интервала АС, так и от точности преобразования угла с во временной интервал И . Точность этого преобразования при пороговой обработке существенно зависит от длительности фронтов импульсов С,р формируемых на выходе фотоприемника 6. При этом чем выше крутизна фронта импульса (меньше С ) при заданном пороге срабатывания формирователей 12 и 13, тем меньше погрешность преобразования угла Ы вовременной интервал б С. Длительностьфронта С зависит от диаметра 5 диафрагмы 5, ее расстояния от объекти ва 4, параметров последнего (фокусного расстояния и диаметра входногозрачка), расстояния 1 от оси вращения зеркала 3 до изображения диафрагмы, равного расстоянию от этой осидо каждой из щелевых диафрагм 9 и 10,и угловой скорости1 вращения зеркала 3. Если диафрагма 5 имеет диаметр РЪ 2 г (г - радиус первоготемного кольца в дифракционном изображении светящейся точки, находящейся в пределах щелевой диафрагмы), аширина й щелей 9 и 1 О такова, что1й Р (В - диаметр изображения диафрагмы 5), длительность фронта импуль сов, формируемых на выходе фотоприемника 6, может быть определена поформулеЭ + гСсР 1 1 ъ25где г - радиус первого темного кольца (кружка Эри), отнесенныйв плоскость осветителей(плоскость ХОЕ).ЭОТак как расстояние от диафрагмы5 до объектива выбрано больше его двойного фокусного расстояния, то изображение диафрагмы 5 в плоскости З 5 ХОХ уменьшенное. Это позволяет получить малую длительность фронтов импульсов С , формируемых на выходе фотоприемника 6, ограниченную лишь дифракцией, и эффективнее использовать 40 чувствительную площадку фотоприемника 6.чКроме того, так как расстояние 1от оси вращения зеркала до изображе ния диафрагмы 5 равно расстояниям отэтой оси до каждой из щелевых диафрагм, последние при вращении зеркала выполняют функции ножей Фуко, т.е.модуляторов, совмещенных с плоскостью 50 изображения диафрагмы 5. Это позволяет получить наименьшую длительность фронтов С импульсов и освещать при этом чувствительную площадку фотоприемника 6, ограниченную диафрагмой 5, 55 пятном неизменного размера, освещенность которого за время С изменяется от минимального до максимального значения,5 12282817 л формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий оптически соединенные основной осветитель, плоское зеркало, установленное на валу электродвигателя под угломк плоскости вращения вала, объектив, диафрагму, фотоприемник, блок формирования выходного сигнала, о т л и ч а О ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены дополнительный осветитель, первая и вторая щелевые диафрагмы, выполненные с различной шириной ще лей, а блок формирования выходного сигнала содержит два ключа, шесть формирователей импульсов, одновибратор, три элемента ИЛИ, два триггера и преобразователь временных интерва лов в код, первая и вторая щелевые диафрагмы расположены в оптически сопряженных плоскостях, дополнительный осветитель кинематически соединен с валом контролируемого объекта и 2 оптически соединен через первую щелевую диафрагму с плоским зеркалом, вторая щелевая диафрагма расположена на оптической оси между основным осветителем и плоским зеркалом, а оп тические оси основного и дополнительного осветителей расположены в плоскости, проходящей через центр вращения плоского зеркала перпендикулярно оси вала электродвигателя, г,ервые входы ключей и вход первого формирователя импульсов объединены иявляются входом блока формированиявыхсдного сигнала, соединенным свыходом фотоприемника, выход первогоформирователя импульсов через после-.довательно соединенные одновибратори второй формирователь импульсовсоединен с первым входом первогоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен свторым входом первого ключа, выходкоторого; оединен через третий формирователь импульсов с первыми входами второго элемента ИЛИ и второготриггера, через четвертый формирователь импульсов - с первым входомпреобразователя временных интервалов в код., выход второго триггерасоединен с вторым входом второгоключа, выход которого соединен через пятый формирователь импульсовс вторым входом преобразователявременных интервалов в код и черезшестой формирователь импульсовс вторым входом первого элементаИЛИ и с первым входом третьего элемента ИЛИ, вторые входы второго итретьего элементов ИЛИ объединеныи являются входом установки начального состояния выходы второго итретьего элементов ИЛИ соединены с вторыми входами первого и второготриггеров соответственно.297 5 Н 1130 роектна изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,краж 81 б Государственного елам изобретений Москва, Ж, Р Подписноекомитета СССРи открытийушская наб., д. 4