Реверсивный импульсный датчик угловых перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6847 А 1 51)5 6 01 ОСУДАРСТВЕгЮЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО(56) Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1345052, кл. 6 01 В 7/00, 1986,(54) РЕВЕРСИВНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в . системах контроля и управления для измерения угловых перемещений валов различных устройств механизмов, Цель изобретения состоит в повышении точности эа счет повышения помехоустойчивости при угловых вибрациях и малых скоростях вращения вала. При вращении модуляционного диска 5 модулируется световой поток излучателей 3 и 4, поступающий на фотоприемники 6 и 7, сигналы с которых усиливаются соответственно усилителями-формировате 2 лями 8 и.9, на выходе которых формируется последовательность импульсов прямоугольной формы, представленных в прямом и инверсном видах и сдвинутых по фазе относительно друг друга на 900, При соответствующих комбинациях прямых и инверсных сигналов на входах элементов И - НЕ 10-13 на их выходе формируются сигналы, управляющие состоянием РЯ-триггеров 14 и 15. Соответствующее соединение элементов И - НЕ 10 - 13 с усилителями-формирова- телями 8, 9 и триггерами 14, 15 позволяет получать на выходе последних сигналы. повторяющие импульсы с усилителей-формирователей 8, 9, отфильтрованные от ложных импульсов, появляющиеся при угловых вибрациях или малых скоростях вращения вала. Сигналы с прямых выходов ВЯ-триггеров 14, щ 15 управляют работой 0-триггера 16, который распознает направление вращения вала по входным импульсам, поступающим с триггеров 14, 15, в зависимости от того, какой из них отстает по фазе относительно другого; и меняет свое состояние при смене направления вращения вала. Прямой и инИ-НЕ 18 на клемму 20, При смене направления вращения на обратное импульсы с прямого выхода триггера 15 проходят через элемент И-НЕ 18 на клемму 20 и не проходят через элемент И-НЕ 17 на клемму 19. 2 ил,3 1696847 версный выходы 0-триггера управляют работой соответствующих элементов И - НЕ 17, 18. При этом при прямом направлении вращения импульсы с прямого выхода ВЯ- триггера 15 проходят через элемент И-НЕ 17 на клемму 19 и не проходят через элементИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления для измерения угловых перемещений валов различных устройств и механизмов, 5ЭЦель изобретения - повышение точности за счет повышения помехоустойчивости при угловых вибрациях и любых режимах вращения кодирующего элемента и упроще-. 10 ние датчика.На фиг,1 представлена блок-схема реверсивного импульсного датчика угловых перемещений; на фиг,2 - временные диаграммы. 15Датчик содержит два считывающих элемента 1 и 2, например оптопары, состоящие из излучателей 3, 4, связагнных оптически через кодирующий элеменг 5 с фотоприемниками 6, 7, подключенными соответствен но к усилителям-Формирователям 8, 9, четыре трехвходоаых элемента И - НЕ 10-13 с одним инверсным входом, два ВЯ-триггера 14 и 15, 0-триггер 16 и два двухвходовых элемента И - НЕ 17 и 18, Прямой выход уси лителя-формирователя 8 соединен с прямыми входами элементов И-Н Е 11 и 12 и инверсным входом элдемента И - НЕ 13, инверсный выход усилителя-формирователя 8 соединен с прямыми входами элементов И - 30 НЕ 10 и 13 и инверсным входом элемента И - НЕ 11, прямой выход усилителя-формирователя 9 соединен с прямыми входами элементов И - НЕ 10 и 12, инверсный выход - с инверсными входами элементов И - НЕ 10 35 и 12 и прямыми входами элементов И-НЕ11 и 13. Выходы элементов И-НЕ 10 и 11соединены соответственно с В- и Я-входами ВЯ-триггера 14, выходы элементов И-НЕ 12 и 13 соединены соответственно с Я- и В-вхо дами ВЯ-триггера 15, Выходы ВЯ-триггеров 14 и 15 соединены соответственно с О- и С-входами Р-триггера 16, прямой выход О- триггера соединен с первым входом элемента И - НЕ 17, инверсный выход - с 45 г 1 ервым входом элемента И-НЕ 18, вторые входы элементов И - НЕ 17 и 18 соединены с выходом ВЯ-триггера 15, Выход элемента И - НЕ 17 является прямым выходом датчика, а выход элемента И - НЕ 18 является реверсивным выходом датчика,Устройство работает следующим образом,При вращении кодирующего элемента 5 модулируется световой поток излучателей 3, 4, поступающий на фотоприемники 6, 7, сигналы с которых усиливаются соответственно усилителями-формирователями 8 и 9, на выходе которых формируется последовательность импульсов прямоугольной формы, представленных в прямом и инверсном виде, Импульсы с усилителей-формирователе 8, 9 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90, причем при вращении кодирующего элемента в прямом направлении (по часовой стрелке) импул ьсы с усилителя-формирователя 9 отстают от импульсов с усилителя-формирователя 8 и наоборот.При вращении кодирующего элемента в прямом направлении на прямом выходе 0 ВЯ-триггера 14 формируются импульсы, повторяющие импульсы канала а усилителя- формирователя 8, а на инверсном выходе О - импульсы канала а, причем на прямом выходе 01 триггера 15 формируются импульсы, повторяющие импульсы канала Ь усилителя-формирователя 9, а на инверсном 01 - импульсы канала Ь.При этом на вход О-триггера 16 поступают импульсы с прямого выхода О ВЯ-триггера 14, а на вход С триггера 16 поступают импульсы с прямого выхода 01 ВЯ-триггера 15, причем состояние входа О переносится на выход 02 в момент появления переднего (положительного) фронта импульса на входе С Р-триггера 16 и затем остается неизменнь 1 м на выходе 02 до изменения направления вращения кодирующего элемента на обратное, Ложные сигналы, имеющие место при угловых вибрациях кодирующего элемента, на выходе триггера 14 не появляются.После прохождения положительного фронта импульса на входе С изменение сигнала 0 на входе 0 уже не переносится на выход 02, даже если на входе С еще имеется состояние логического "0" или логической "1", что объясняется свойствами, присущи 169684720 25 30 35 40 45 50 ми О-триггеру, Так как в момент прохождения переднего фронта импул са на вход С О-триггера 16 на его втором входе О присутствует сигнал 0 в виде логической "1", на его прямом выходе 02 также будет сигнал в виде логической "1", который разрешает прохождение импульсов с выхода 01 ВЯ- триггера 15 через элемент И - НЕ 17 на выходную клемму датчика и далее на внешнее устройство например на вход сложения реверсивного счетчика.Поскольку на инверсном выходе 02 0- триггера 16 присутствует сигналов логического "О", импульсы с прямого выхода 01 ВЯ-триггера 15 через элемент И - НЕ 18 на выход не проходят.При вращении кодирующего элемента 5 в обратном направлении (против часовой стрелки) на прямом выходе 0 ВЯ-триггера 14 формируются импульсы, повторяющие импульсы канала Ь, а на инверсном 0 - импульсы канала Ь усилителя-формирователя 9, причем на прямом выходе 01 ВЯ- триггера 15 формируются импульсы,повторяющие импульсы канала а, а на инверсном 01 - импульсы канала а усилителя- формирователя 8, При этом в момент прохождения переднего фронта импульса на вход С О-триггера 16 на входе О присутствует сигнал логического "0", При этом состояние входа О триггера 16 переносится на его выход 02 и остается неизмененым до изменения направления вращения на прямое. В результате на прямом выходе 02 Р- триггера 16 будет логический "0", а на инверсном - сигнал логической "1", который разрешает прохождение импульсов с прямого выхода 01 ВЯ-триггера 15 через элемент И - НЕ 18 на обратный выход датчика и далее на внешнее устройство, например на вход вычитания реверсивного счетчика. Одновременно сигнал логического "0" на выходе 02 Р-триггера 16 запрещает прохождение импульсов через элемент И -НЕ 17 с выхода 01 ВЯ-триггера 15 на вход сложения реверсивного счетчика.При наличии помех, вызываемых малыми скоростями вращения кодирующего элемента или угловыми вибрациями, помехи проявляются на фронтах импульсов, формируемых усилителями-формирователями, в виде ложных сигналов (" дребезг" ) и из-за неустойчивого сигнала на выходе фотоприемников, когда один из них находится в полуосвещенном (полузатемненном) состоянии, что приводит к формированию усилителями-формирователями пачек импульсов, вместо желаемого одиночного импульса или перепаде потенциала, Помехоустойчивость датчика достигается за счет соответствую 51015 щих связей элементов И-НЕ, О- и ВЯ-триггеров.В момент времени т 1 при комбинации сигналов на входах элемента И - НЕ 10: на прямых входах а = 1, Ь= 1, инверсном Ь = О, а на прямых входах И - НЕ 11 а=О, Ь=-О, инверсном а=1, на В-входе ВЯ-триггера 14 присутствует сигнал логического "0". на Я-входе - сигнал логической "1", на прямом выходе 0 - сигнал логического "О", а на инверсном 0 - логическая "1", При этом триггер 14 устанавливается в это состояние первым же перепадом на В-входе. Последующие изменения перепадов потенциала на его В-входе в момент времени 1 не вызывают изменения состояния триггера, а следовательно, ложные сигналы, имеющие место при угловых вибрациях модуляционного диска 3, на выходе триггера 12 не появляются.Состояние триггера 14 не изменяется до момента времени, при наступлении которого на входах элемента И - НЕ 11 появится следующая комбинация сигналов; на прямых входах а=1, Ь=1 и инверсном а=О. При этом на В-входе триггера 14 будет логическая "1", а на Я-входе - логический "О",триггер 14 первым же перепадом потенциала на его Я-входе перебрасывается в противоположное состояние, при котором на его прямом выходе 0= 1, а на инверсном 0= О. Триггер 12 сохраняет свое состояние до того момента времени, пока вновь не повторится комбинация сигналов на входах элемента И - НЕ 10 - а=1, Ь=-1, Ь=О,В момент времени 11 при комбинации сигналов на входах элемента И - НЕ 12 прямых а=О, Ь=О, инверсном Ь=О, а на входах И - НЕ 13 а=1, Ь=О, а=О на Я- и В-входах триггера 14 присутствуют сигналы логической "1", но так как предыдущая комбинация сигналов на входах элемента И - НЕ 12 была а=1, Ь=1, Ь=О, а на входах элемента И - НЕ 13 а=О, Ь=О, а=1, на В-входе триггера 15 - логический "0", на Я-входе - логичесКая "1", на его прямом выходе 01=0, инверсном 01=1, то с момента времени т 1 триггер 15 сохраняет это состояние до момента времени 12, когда на входах элемента И - НЕ 12 а=О, Ь=О, Ь=1, При этом на В-входе ВЯ-триггера 15 присутствует сигнал логического "О", на Я-входе - логическая "1", на прямом выходе 01 - логический "0", а на инверсном 01 - логическая "1". Триггер 15 устанавливается в это состояние первым же перепадом потенциала на его В-входе, последующие перепады потенциалов на этом входе в момент времени т 2 не вызовут изменения его состояния, а следовательно, ложные импульсы, вызванные угловыми вибрациями модуляционного диска, на выходе триггера 15 непоявляются. Состояние триггера 15 не изменяется до момента времени т 4, при наступлении которого на входах элемента И-НЕ 12 а=1, Ь=1, Ь=О.При этом на В-входе триггера 15 появит ся логическая "1", на Я-входе - логический "0", триггер перебрасывается в состояние, при котором на его прямом выходе 0=1, а на инверсном В=О. Триггер сохраняет свое состояние до момента времени, пока вновь 10не повторится комбинация сигналов на входах элемента И-НЕ 12: а=О, Ь=О, Ь=1, а на входах элемента И-НЕ 1,3 а=1, Ь=1, а=О.При вращении модуляционного диска 3 в обратном направлении помехоустойчи вость датчика к угловым вибрациям осуществляется аналогичным образом. Формула изобретенияРеверсивный импульсный датчик угло вых перемещений, содержащий кодирую-. щий элемент, два считывающих элемента, установленные с перекрытием зон срабатывания, и два ВЯ-трйггера, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и 25 упрощения, он снабжен четырьмя трехвхо довыми элементами И - НЕ с одним инверсным входом, двумя двухвходовыми элементами И - НЕ, О-триггером и двумя усилителями-формирователями, каждый из 30 которых соединен с соответствующим считывающим элементом, прямой выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым прямым входом второго элемента И-НЕ, первым прямым входом третьего элемента И-НЕ и инверсным входом четвертого элемента И-НЕ, инверсный выход первого усилителя-формирователя соединен с первым прямым входом первого элемента И - НЕ, инверсным входом второго элемента И - НЕ и вторым прямым входом четвертого элемента И-НЕ, прямой выход второго усилителя-формирователя соединен с вторыми прямым входами первого и третьего элементов И - НЕ, инверсный выход второго усилителя-формирователя соединен с инверсными входами первого и третьего элементов И-НЕ и первыми прямыми входами четвертого и второго элЕ- ментов И-НЕ, выходы первого и второго элементов И - НЕ соединены соответственно с В- и 3-входами первого ВЯ-триггера, выходы третьего и четвертого элементов И - НЕ соединены соответственно с 3- и В-входами второго ВЯ-триггера, выход которого соединен с С-входом О-триггера и первыми входами двухвходовых элементов И - НЕ, О- вход О-триггера соединен с выходом первого ВЯ-триггера, его прямой выход - с вторым входом первого двухвходового элемента ИНЕ, инверсный выход О-триггера соединен с вторым входом второго двухвходового элемента И-НЕ, а выходы двухвходовых элементов И - НЕ являются выходами датчика,169 б 847 б Составитель И.ЮрьеваТехред М,Моргентал, Корректо едактор А,Мотыль аказ 4295 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1