Устройство для измерения угла поворота вала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 11 4 Н 03 М 1/24 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ РСКОМУ С ЛЬСТЯ К 619 24-2 ские изичин.-М. СССР 198 РЕНИЯ УГЛА ся к иэмериыть испольизмерения ь изобретекции циклич реобразоват ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ ПОВОРОТА ВАЛА (57) Изобретение относ тельной технике и може эовано для высокоточно угла поворота вала. Цел ния - упрощение констр кого время-импульсного ля угла. Устройство со 1, модулятор 2 с приводом 3, импульсные датчики 4-8, поворотную втулку О, сочленяемую с входным валом 1, причем на модулятор 2 нанесены п-мера 12 и г-мера 13, имеющие общий штрих 14, а также амплитудный дискриминатор 15, коммутатор 16, блок 17 измерения временных интервалов, блок 18 усреднения, блок 19 вычисления, регистратор 20, блок 21 синхронизации. Поставленная цель - упрощение конструкции преобразователя достигается тем, что на модулятор 2 нанесена одноштриховая шкала с штрихом 9, который расположен симметрично относительно общего штриха 14, Штрих 9 имеет большую по сравнению с други штрихами ширину и, проходя мимо датчика 8, возбуждает сигнал, который приходит на первый вход блока 21 синхронизации. Во время действия это1372619 го сигнала с датчика 5 поступает импульс, который приходит на второйвход блока 21 синхронизации. Срабатывает схема. совпадения, и блок 21 синхронизации выдает сигнал тревоги, который переключает блоки 7-19 на работу с г-мерой, исключая воэможностьсбойных ситуаций, когда измеряемыйугол попадает в окрестность значений,Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-зовано для высокоточного измеренияугла поворотного вала.Цель изобретения - упрощение конструкции устройства,На фиг, 1 представлена структурнаясхема устройства для измерения углаповорота вала; на фиг. 2 - временныедиаграммы его работы.Устройство содержит корпус 1, модулятор 2, синхронный привод 3, импульсные датчики 4-8, одноштриховуюшкалу со штрихом 9, поворотную втулку 10 вала 11, шкалы п-меры 12 иг-меры 13, общий штрих 14, амплитудный дискриминатор 15, коммутатор 16,блок 17 измерения временных интервалов, блоки усреднения 18 и вычисления19, регистратор 20 и блок 21 синхронизации. 1Модулятор 2 содержит три шкалы. Одна шкала одноштриховая, а две других выполнены в виде равномерных штрихов с числом периодов и И г.и- и г-Меры имеют один общий штрих 14, а значения и и г близки между собой, Штрих 9 расположен симметрично относительно общего штриха 14. Импульсные датчики 4, 6 и 8 укреплены на корпусе, а датчики 5 и 7 - на поворотной втулке 1 О, которая связана с валом 11. Все три меры соосны между собой, соосны с валом привода 3 и валом 11, Со шкалой 12 сопряжены датчики 4 и 5, со шкалой 13 - датчики 6 и 7, а со штрихом 9 - датчик 8. Все датчики выполнены в виде оптопары. Маркировка импульсов на выходе датчиков 4 - 7 выполнена от одного обкратных величине периода и-меры. Введение штриха 9, который шире остальных, позволило исключить ранее использовавшийся и-позиционный растр,закрепленный на поворотной втулке,сложный как в изготовлении, так и ввыставке его на поворотной втулке,а следовательно упростить конструкцию преобразователя. 2 ил. щего штриха 14, который значимо отличается от других штрихов шкал пи г-мер, например, за счет его большей ширины. Наличие общего для обеихмер маркировочного штриха обеспечивает единый нуль - отсчет угла поворота. При проектировании устройствадолжны быть учтены конкретные условия его применения, в первую очередьмаксимальная скорость контролируемого вала, а скорость вращейия модулятора должна быть выбрана много большей скорости вращения контролируемо го вала.Устройство работает следующим образом.Подают питание О на привод 3 иприводят модулятор 2 во вращение с 20 постОЯнной скоростью. Штрихи модулЯтора, пересекая световой поток оптопар (импульсных датчиков 4-7), возбуждают импульсы тока на выходе этихдатчиков. Импульсы от всех штрихов 25 шкал и- и г-мер одинаковы по своимпараметрам, за исключением тех, чтовозбуждены штрихом 14. Такие маркированные импульсы отличаются от остальных по амплитуде как возбужденные З 0 большим световым потоком.Таким образом, за один оборот модулятора возникают всего четыре маркированных импульса: два с датчиков4 и 5, сопряженных со шкалой п-меры,и два с датчиков 6 и 7, сопряженных 35со шкалой г-меры. На диаграммах импульсов, поступающих с датчиков 4-7, обозначены: Т -период оборота модулятора; о) ф 011 временной интервал между двумя соседними импульсами, поступающими с одно 137261910 Таким образом, в каждом обороте модулятора происходит определение того, находится ли измеряемый угол в критической зоне п-меры, и, если это так, то выдается сигнал перехода на работу со шкалой г-меры.Блок 21 синхронизации, содержащий схему совпадения, триггер и усилитель его выходного значения, срабатывает и выдает команду на коммутатор 16 и блоки усреднения 18 и вычисления 19.Коммутатор 16 размыкает связь датчиков 4 и 5 с амплитудным дискриминатором 15 и подключает на его вход датчики 6 и 7, сопряженные со шкалой г-меры. Как и в первом режиме, ампли- тудный дискриминатор формирует два потока импульсов: один содержит все о(п 1 В блоке 19 вычисления результат 55 измерения (искомый угол) определяется по формулео =с 1 в+ К с 11, (2) именного датчика; С ,С С . -г и(Т, С С,)-временные интервалы между импульсами, поочередно поступающими с неподвижного 4 (6) и подвижного 5 (7) датчиков; Т+ - временной интервал между двумя импульсами общего штриха,соответствующий действительномуизмеряемому углу; Ф - импульс общего штриха. Так как оси неподвижных (и связанных с валом) датчиков согласованы между собой, то временной интервал Т,возбуждаемый штрихом 14, будет одини тот же при измерении шкалами пи г-меры.Для примера показан случай измерения угла (фиг.2), когда в=2 приконтроле как и-, так и г-мерой,гдеш - число ступеней грубого отсчета).Основным режимом работы являетсяизмерение угла поворота вала с помощью шкалы и-меры и сопряженных с нейдатчиков 4 и 5. В этом случае импульсы с датчиков 4 и 5 поступают на первый вход коммутатора 16, который нормально подключен к амплитудному дискриминатору 15, Последний вьщает наблок 17 измерения временных интервалов два потока импульсов: первый содержит все импульсы без исключения,а второй - только импульсы общегоштриха 14. Блок 17 производит измерение временных интервалов 1;,1 междудвумя соседними импульсами, поочеред 35но поступающими с датчиков 4 и 5, атакже определение числа в путем подсчета числа импульсов, поступающихс одного из датчиков (4 или 5) наинтервале времени между двумя последовательными маркированными импульсами (на фиг,2 а и б эти счетные импульсы пронумерованы),Блок 18 усреднения выполняет операцию по формуле,и вьщает результат на блок 19 вычисления, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий значению в. где М О - угол, соответствующий величине периода и-меры;ш - число углов , , укладывающихся в измеряемомугле Ксреднее арифметическое иэи последовательных временных интервалов 1; междуимпульсами, поочередно поступающими с датчиков 4и 5;К - коэффициент преобразования (ед.угла/ед.времени).Результат измерения отображаетсярегистратором 20,В случае, когда измеряемый уголпопадает в окрестность значений,кратных величине периода п-меры ивозникает опасность сбоя, происходитследующее, Штрих 9, проходя мимо датчика 8, возбуждает сигнал, которыйприходит на первый вход блока 21 синхронизации. Во время действия этогосигнала, а фактически "временного окна", сформированного штрихом 9, имеющего ширину в пределах периода первой шкалы, с датчика 5 поступает импульс, который приходит на второйвход блока 21 синхронизации. Срабатывает схема совпадения и блок 21синхронизации вьщает сигнал тревоги.Поскольку штрих 9 имеет большую ширину и расположен симметрично относительно штриха шкалы п-меры, то и сигнал тревоги возникает при попаданииизмеряемого угла в симметричную зону( временное окно ) относительно кратных значений измеряемого угла О, М2 ь,(п)Мо.5О импульсы беэ исключения, а второй - только импульсы штриха 14Блок 17 выполняет измерение временных интервалов 1,.,) между двумя соседними импульсами, поочередно поступающими с датчиков 6 и 7, а также определение числа щ путем подсчета числа импульсов, поступивших с одного иэ датчиков (6 или 7) на интервале времени между двумя последовательными импульсами штриха 14 (на фиг.2 в и г эти счетные импульсы пронумерованы), Все упомянутые временные интервалы открываются импульсами с неподвижного датчика, а закрываются импульсами с подвижного датчика.По команде блока 21 синхронизации блок 18 усреднения изменяет первоначальную программу и выполняет операцию по формуле 7,(3)1 1Величина 1;поступает на первый вход блока 19 вычисления, а значение щ, Определенное в блоке 17, - на его второй вход.В блоке 19 вычисления искомый угол Ы, определяется по следующей формуле, аналогично формуле (2):щ + к; , (4) где1 - угол, соответствующий величине периода г-меры;Р числО углов 001 укладывающихся в измеряемомугле М.;Т - среднее арифметическое из( 121последовательных временных интервалов между импульсами, поочередно поступающими с датчиков 6и 7. Программа работы блока 19 вычисления остается прежней за исключением того, что по команде с блока 21 постоянный множитель11 заменен на постоянный множитель оо 1 .Результат вычисления отображается регистратором 20.Устройство продолжает работать таким образом до тех пор, пока величина измеряемого угла не выходит из критической эоны вблизи значений, кратных углу шкалы и-меры. Как только это происходит, т.е. во время действия сигнала с датчика 8 ("временного окна") на первом входе блока 21 5 20 25 30 35 40 45 50 55 синхронизации, на его второй вход непоступает импульс с датчика 5, сигнал тревоги снимается, так как схемасовпадения не срабатывает. Это приводит к тому, что на выходе блока 21синхронизации сигнал не появляетсяи устройство переходит к работе попервому режиму, т.е, обрабатывает информацию с датчиков 4 и 5. формула изобретения Устройство для измерения угла поворота вала, содержащее корпус, модулятор, кинематически связанныйс приводом и содержащий две шкалы, выполненные в виде равномерных штрихов с первым и вторым шагом и сопряженными общим штрихом большей ширины, пять импульсных датчиков, иэ которых первый и второй оптически связаны с первой- шкалой, третий и четвертый оптически связаны с второй шкалой, причем первый и третий импульсные датчики закреплены на поворотной втулке, а второй, четвертый и пятый закреплены на корпусе устройства; выходы первого и второго, третьего и четвертого импульсных датчиков соединены с информационными входами коммутатора, выход которого через амплитудный дискриминатор подключен к входу блока измерения временных интервалов, первый выход которого соединен с информационным входом блока усреднения, а второй выход подключен к первому входу блока вычисления, выход блока усреднения подключен к второму входу блока вычисления, выход пятого импульсного датчика соединен с первым входом блока синхронизации, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора, блока усреднения и блока вычисления, выход которого подключен к входу регистратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, в нем на модуляторе выполнена дополнительная шкала с одним штрихом, расположенным симметрично относительно общего штриха первой и второй шкал модулятора и имеющим ширину в пределах шага первой шкалы модулятора, пятый импульсный датчик оптически связан с дополнительной шкалой с одним штрихом, выход первого импульсного датчика соединен с вторым входом блока синхронизации.1372619Составитель М. Сидорова Редактор И. Дербак Техред И.Попович Корректор С. Черни Заказ 500/56Тираж 928 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полнграфическое предприятие, г.ужгоро, ул.Проектная,4