Преобразователь угла поворота вала в код

(51) М.Кл. С 08 С 9/04 с присоединением заявк 4 осударстееннык комит риоритет СССР а делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 07.12.81 2) Авторь етзобр етвн Н. И, Ветошкин, В. И. Тимофеев, В. Т, Мильченки А, Г, Рощин ское бюро гидрометеорологическогборостроения(71) Заявите струк ВОРОТА В(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛВ КОД Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в дискретный сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.Известен функциональный преобразователь, содержащий блок сравнения, блок управления, ключи, функциональный частотный преобразователь, источник опорного напряжения, интегратор, счетчики, преобразователь код-аналог и измерительный частотный преобразователь 11.Недостатком этого устройства является его невысокая точность. Длительные переходные процессы, происходящие в сравнивающем устройстве в момент равенства измеряемого напряжения и напряжения интегратора, вносят значительную погрешность, обусловленную его динамическими свойствами, и могут значительно превышать расчетный шаг квантования, соответствующий младшему разряду счетчика. Используемая кусочно-линейная аппроксимация логарифмической зависимости не обеспечивает высокой точности измерения. Причем примененная коммутация источника опорного напряжения через ключевое устройство на вход интегратора вносит дополнительную погрешность в результат преобразования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла, соединенный через блоки преобразования напряжения в частоту с одними из входов двух элементов И, другие входы которых соединены с выходом триггера, счетчик, вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход подключен к одному из входов триггера 12,Недостаток этого известного преобразователя состоит в его сравнительно низкойточности из-за того, что цслццейная зави 15 симость от входного сигнала, получаемаяна выходе устройства, приближенно воспроизводит характер заданной кривой, ипри большом диапазоне сигналов с датчикаугла невозможно воспроизведение задан 20 ной кривой с малоц погрешностью.Цель изобретения состоит в повышенииточности преобразователя угла поворотавала в код.Это достигается тем, что в преобразова 25 тель введены и-компараторов, (и+ 1) -элементов И, источник пороговых напряженийц элемент ИЛИ, информационные входывсех элементов И соединены с выходамисчетчика, а разрешающие входы и-элемен 30 тов И соединены с выходами компараторов, 743000одни входы которых подключены к выходу датчика угла, друтие входы компараторов соединены с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, выходы элементов И подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера.На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 показаны диаграммы, поясняющие его работу,Преобразователь угла поворота вала в код содержит (фпг. 1) датчик 1 угла, блок 2 преобразования напряжения в частоту с линейно-возрастающей зависимостью, блок 3 преобразования напряжения в частоту с линейно-убывающей зависимостью от входнОго сигнала, элементы И 4 и 5, счетчик 6, (и+1) элементов И 7, элемент ИЛИ 8, и компараторов 9, триггер 10, источник 11 пороговых напряжений, Кроме того, на фиг.1 показана шина Пуск 12 и выходная ши 13На диаграммах, поясняющих работу преобразователя (фиг. 2) показаны линейно-возрастающая зависимость А от входного сигнала блока 2 преобразования напряжения в частоту, линейно-убь 1 вающая зависимость Б от входного сигнала блока 3 преобразования напряжения в частоту, заданная нелинейная зависимость В, пунктирными кривыми обозначены гр 21 нщы, в которых точность устройстВ 2 1 ловлствочяет задашюй, цифрамп 14-1, 14-211- г, 11- (и+1) обозначено семейство кривых виля;:т 1. 11а11,где и; - целые числа.Семейством этих кривы.; дппроксимируется заданная нелинейная зависимость. Сигнал с выхода датчика 1 угла поступает па входы блоков 2 и 3 преобразования напряжения в частоту и пд входы и компараторов 9, вторые входы которых соединены с источником 11 пороговых н 2 пр 515 кепий 011 С 0, Ьо". Выход блока 2 преобгазования напряжения в частоту соединен с одним из зходов элемента И 4, а выход блока 3 преобразования напряжения в частоту соединен с одним из входов элемента Й 5. Вторые входы элементов И 4 и 5 соединены с выходом триггера 10, Выход элемента И 5 соединен с входом счетчика 6, Разрешающие входы и элементов И 7 соединены соответственно с выходами и компараторов 9. Информационные входы (и+1) элементов И 7 соединены с счетчиком 6. Выходы (и+1) элементов И 7 соединены с входа.и элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с одним из входов триггера 10, По шине Пуск 12 осуществляется запуск устройства. С шины.13 снимается число-импульсный код измеряемой величины,Преобразователь угла поворота В кодработает следующим образом.В исходном состоянии напряжение Г свыхода датчика 1 угла подается на входы5 и компараторов 9 и а 11 ализируется последними, причем срабатывают те компараторы, порог срабатывания которых меньп:е значения сигнала с датчика 1 угла. Если сигнал с датчика 1 угла не превышает Вс 10 личину первого порога, то со всех Выходови компараторов подается разрешение нд разрешающие входы и элементов 7, Это 51;е напряжение подается постоянно и на блоки 2 и 3 преобразования напряжения в частоту, Блок 2 преобразования напря:;ения в частоту вырабатываст частоту Г, согласно зависимости А (см. фиг. 2):г =- г 01+К 1(.;вгде Го - начальная частота 11 ри Г,. =- ";К - коэффициент пропорц 11 ондл ьности;У, - напряжение нд Входе блокапреобразования.Блок 3 прсобразоваш;я няпря,:сн.".я в1 ЯСТОТУ ВЫР 2011 ТЫВЯЕТ 12 СТ 1" г; ССГ, ЯС 1 ОзаВисимости 15 (см, фиг. 2)ге г 02 - 1 ячяльная чяс;отя п 11 и ь,К, - коэффициент пропорциональнои;35 У, - напряжение на Входе олокапреобразования,По команде Запуск по ши 1 е .Пуск 12триггер 10 меняет свое состояние и открывает элементы И 4 и 5, Через открытый элс 40 мент И 5 импульсы с выхода блока 3 преобразования напряжения в частоту поступают в счетчик 6, в котопом записываетсячисло и равное:и, = Е,Т = (Р 02 - К 2(.1,) Т,где Т, - интервал времени, в течение которого происходит заполнениесчетчика 6.50 Одновременно через открытый эле.,Снт И 4выходные импульсы Л поступают на выходную шину 13 преобразователя за интервал времени Т, от блока 2 преобразованиянапряжения в частоту:55У = Т, Т, = (Г, +К С.,) Т .Учитывая соотношение для числа и,можно записать:60уП 1= 1Для уменьшения погрешности преобра 65 зования используется кусочно-нелинейная;аппроксимация нелинейной зависимости, которая осуществляется с помощью и компараторов 9 элементов И 7 и элемента ИЛИ 8.ъВ зависимости от величины сигнала сдатчика 1 угла компараторы 9 могут находиться в следующих состояниях: а) если не сработал ни один компаратор, то это значит, что сигнал с датчика 1 угла соответствует первому участку аппроксимации (кривая 14-1, см. фиг, 2) и на разрешающие входы элементов И 7 подано разрешение с выходов компараторов 9; б) если сработали все компараторы 9, то это значит, что сигнал с датчика 1 угла соответствует максимальному значению У, т. е, превышает порог срабатывания У," (кривая 14- (и+ 1), см. фиг. 2). В этом случае при поступлении импульсов в счетчик 6 срабатывает только (и+ 1)-ый элемент И 7, так как его вход не подключен к выходам п компараторов, На разрешающие входы п элементов И 7 поданы запрещающие сигналы с выходов и компараторов 9; в) если сигнал с датчика 1 угла превышает значение Ь, но меньше У , то с выходов -компараторов 9 на разрешающие входы -элементов И 7 поступит запрещающий сигнал и срабатывает (+1) -ый элемент И 7 (участок аппроксимации).Компараторы 9 постоянно подключены к датчику 1 угла, вне зависимости от времени запуска устройства, и работают в статическом режиме, т. е, всегда готовы к работе и не снижают быстродействия устройства.Допустим, что сигнал с датчика 1 угла соответствует второму участку аппроксимации (кривая 14-2, см. фиг. 2). При этом напряжение с датчика 1 угла превышает пороговое напряжение У и первый компаратор 9 выдает запрещающий потенциал па резрешающий вход первого элемента И 7, в этом случае этот элемент И 7 не срабатывает при поступлении импульсов в счетчик 6, в котором будет продолжаться счет до срабатывания второго элемента И 7, так как с выхода второго компаратора 9-2 подается разрешающий потенциал на разрешающий вход второго элемента И 7, При этом будет справедливо следующее соотношение: где а - число, записанное в счетчике б,соответствующее второму участку аппроксимации.С выхода второго элемента И 7 через схему ИЛИ 8 триггер 10 возвращается в исходное состояние, закрывая элементы И 4 и 5. На этом преобразование заканчивается и на выходе устройства фиксируется число, пропорциональное измеряемому параметру.Таким образом, с помощью и-компараторов 9, (и+ 1) элементов И 7 и элемента ИЛИ 8, изменяя значение числа о в счетчике 6 на отдельных участках заданной нелинейной кривой 16 (см. фиг. 2), можно максимально приближаться к данной нелинейной зависимости, обеспечивая тем самым минимальную погрешность преобразования,Экономический эффект предлагаемого технического решения в повышении точности преобразователя обусловлен переходом к кусочно-нелинейной аппроксимации, Кроме того, появляется возможность реализации более сложных нелинейных завися:;.остей путем изменения начальных частот блоков преобразования напряжения в, частоту, знаков и величин этих блоков и порогов срабатывания компараторов и элементов И. Применение бесконтактных элементов и типовых узлов на дискретных компонентах позволяет дополнительно повысить точность и надежность преобразователя. Отсутствие переходных процессов в аналоговых элементах также позволяет повысить точность и быстродействие преобразователя. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла, соединенный через блоки преобразования напряжения в частоту с одними входами элементов И, вторые входы которых соединены с выходом триггера, выход одного элемента И соединен с выходной шиной преобразователя, выход другого элемента И подключен к входу счетчика, отл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены и компараторов, (и+1) элементов И, источник пороговых напряжений и элемент ИЛИ, информационные входы всех элементов И соединены с выходами счетчика, а разрешающие входы и элементов И соединены с выходами компараторов, одни входы которых подключены к выходу датчика угла, другие входы компараторов соединены с соответствующими выходами источника пороговых напряжений, выходы элементов И подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1. Авторское свидетельство СССР М 512475, М. кл. б 06 6 7/24, 1977 г.2. Авторское свидетельство СССР М 492900, М. кл, б 08 С 9/00, 19 б г. (прототип).743000 Ф-Гп+ 1) оставптель И, НазаркиТехред И. Пенчко оррсктор И. Осцновска едакт анилович Тираж б 94по делам изобретенийая наб- Л 4/5 Тип. Харьк. фил. пред. Патент ЙЕ 1 ЕЕ