Магнитный преобразователь угла поворота вала в код

Союз Советсиик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пи 771697(б 1) Дополнительное к авт, сеид-ву -ЯЯ) Заявлено 28.08,78 (21) 2661550/18-24с присоединением заявки Ио(51 М Кз й 08 С 9/04 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) МАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД 1Изобретение относится к области автоматики, телемеханики и вычислительной техники и может найти применение прн построении цифровых следящих систем, систем программного уп равления, автоматизации производственных процессов.Известен преобразователь .угла в код, содержащий кольцевую кодовую шкалу, блок чувствительных элемен О тов, входное, синхронизирующее и выходное устройство.,Недостатками известного преобразователя являются отсутствие возможности определения направления вращения и большая область сканирования при двоичном алфавите, что приводит к низкой точности и малому быстродействию преобразователя.Наиболее близким техническим ре шением является магнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кодовый. диск, на котором нанесены синхродорожка и дорожки кольцевого кода с тремя уровнями состоя ний, потокочувствительные магнитные головки, генератор развертки и генератор синхроимпульсов.Недостатком известного магнитного преобразователя является малое быст родействие и низкая точность из-занеобходимости сканирования большойобласти кодового диска.Целью изобретения является повышение быстродействия и точности магнитного преобразователя угла поворота вала в код,Поставленная цель достигается засчет того, что в магнитный преобразователь угла поворота вала в код,содержащий магнитный элемент, на первой дорожке которого нанесены меткисинхроимпульсов, а на второй дорожкепрямой кольцевой код, магнитную головку, блок управления, соединенныйчерез блок сканирования по стрелкес магнитной головкой, соединенной содним из входов блока синхронизациии блоком проверки кольцевого кода иФормирования истинного кода, введенблок сканирования по столбцу, входкоторого соединен с выходом блокасинхронизации, а первый выход соединен с другим входом блока синхронизации, а другой выход - смагнитной головкой, на третьей дорожке магнитного элемента нанесен дополнительный код.На фиг. 1 показана структура магнитного углового преобразователя с771697 30 15 20 25 ЗО 35 4 О двухкоординатной универсальной сканирующей потокочувствительной магнитной головкой, на фиг. 2 - устройство кодового диска с кольцевой шкалой в прямом и обратном коде, на Фиг. 3 расположение символов частного кольцевого кода длиной 1., равной 2"-1 Ъ/ 5 - 1 и 11 - 1, на фиг; 4 " область сканирования головки для различных .частных кольцевых кодов с многозначным алфавитом, на фиг. 5 - нозможная конструкция магнитного преобразователя угла поворота вала в код с двух- координатным сканированием и многозначными элементами кодовой шкалы.Обозначения, принятые в описании изобретения: вход 1 магнитного преобразователя угла поворота вала в код, на который поступает сигНал об изменении угла, блок 2 управления, блок 3 сканирования по строке (координате Х), магнитная головка 4, блок 5 синхронизации, блок б,сканирования по столбцу (координата Ч ), магнитный элемент 7(диск), рабочий слой 8 магнитного носителя с,множеством устойчивых состояний, блок 9 проверки кольцевого кода и формирования истинного кода дорожек 10 с витками синхроимпульсов, дорожка 11 с прямым кольцевым кодом, дорожка 12 с обратным кольцевым кодом, усилители-формирователи 13 и 14 сигнала магнитной (интегральной) головки, дорожки 15-19, образующие многоустойчивый магнитный носитель.Магнитный угловой преобразователь работает следующим образом.При поступлении сигнала запроса об измерении угла на вход 1 преобразователя, в блок управления 2, коммутатор 3 строки формирует сигнал, вы" зывающий сканирование головки 4 по координате Х, вдоль которой на диске 7 записаны символы кольцевого кода и синхросигналы (методом без возвращения к нулю). В момент смены знака намагниченности на синхродорожке 10 блок 5 синхронизации формирует. синхроимпульс, запускающий блок б сканирования столбца, осуществляющий сканирование по координате. Го-. ловка 4 столько раз просканирует по столбцам, сколько раз блок 5 синхронизации сформирует синхроимпульс, как это показано ходом стрелки на фиг. 1, С головки 4 сигналы прямого и дополнительного кодов поступают на блок проверки кольцевого кода и формирователя истинного кода угла.На фиг., 2 показано расположение синхрометок (дорожка 10) и символов кольцевого кода (дорожки 11 и 12), Формируемых с помощью сдвигового ре гистра, трехчлен обратной связи которого описывается выражениемЬЬ) = ХХ + с(йгде и - длина кода. Символы кольцевой шкалы н прямом коде а, а 2 а азаписаны по дорожке 11, а символы н обратном коде а, а 2 а а аписаны по дорожке 12, при этом они образуются по ал- горитму,д 1, (2) где Р - основание кода, а максимальный номер в равен 1. , которая называется длиной кольца и равна1. = Р-Символ с любым номером на кодовой шкале занимает участок, равный % а синхроимпульс располагается посередине участка (кванта).На фиг. 3 приведены значения симнолов кольцевого кода с основаниями 2,5 и 11 при длине кода 7, 3 и 2Оче. видно, что эти шкалы характеризуются одинаковым количеством измерительной информации Я, получаемой с выхода преобразователя0 =Щ(.,дит. (3) Преобразователи с одинаковым 0 имеют одинаковую точность, но достиЬа ется эта точность разными аппаратными средствами (затратами) . Пусть равно 2,1. Для двоичного алфавита тогда длина кода равна 7, для пятиричного - 3, а для одиннадцатиричного, т.е. по мере увеличения многозначности алфавита уменьшается область элементарного сканирования, Под элементарным сканиронанием понимается наименьшая область перемещения чувствительности элемента, однозначно указывающая угол поворота вала. Эта область равна длине кода о , т,е, текущий угол поворота вала Рщ равен(4)фв Цщфв "от ь+ Если й =2, то Р =ОС 1 д, т е для одиннадцатиричного алфавита нужно сосчитать всего два соседних символа.Практически область сканирования вдвое больше и, так как при воспроизведении кода возникают искажения информации и для корректирования символов проверяются контрольные равенства нида(Р -ыо)ф,Э Ф-цц.Э о=О 55 где сто и к - параметры трехчлена 5 п(х), приведенного в выражении (1) 1 е+ а -1, (+) - знак суммирования по щодр, 9 - коэффициент кратности, принимакщий значения от 1 до и,Пусть шкала расположена в положении, когда первым начинает считываться символ а 1Тогда таблица контрольных равенств для Я , равного 2, 1 примет вид771697 Длина кода 8 а 53 Оафа =О 8 а 810 афа =О За 94 аЩа, =О 3 аэО+4 аЯа = О Заа 4 а 4 а =О ар)а, а, = 0 аф)афа = О а аЭ а =О аДа Ра 4 =О а,фа,8 а 5 =0 а,ф)а,фа =0 аЭафа =О Из таблицы видно, что длина кода 2однозначно определяет число контрольных равенств. При удвоении Я(преобразователь становится прецизионным)удвоится число и конТрольных равенств,составив соответственно 14, б и 4Та ким образом, преимущества многоэначного алфавита несомненны,а реализация,например пятиричных элементов непредставляет затруднений. Практическир равно 5 ф 11.Одновременно увеличивается быстродействие преобразователя, Путь,проходимый сканистором при считывании 2 п - разрядного кода, равенХ= ьь,(б)35и при подстановке численных значе-ний и и(5+10.мкм) в выражение (б)получим, что ь изменяется от 40 мкмдля ра 11 до 280 мкм для э =2 и О=-"4,2 дит. 40Ясно, что при ограниченной скорости сканистора меньший путь будетпроходиться и эа меньшее время. Впрецизионном преобразователе технически проще реализоват перемещенияна десятки, чем на сотни микромет"ровПри этом в целом улучшаются динамические характеристики устройства.Подсчет контрольных сумм по алгоритму (5), т.е. суммирование символов по строке 12 и 13 (после инвертирования) значительно увеличиваетнадежность преобразователя. Еще более высокая достоверность съема кодадостигается суммированием символов 55по столбцу, так как согласно выражению (2) имеем- 39091=0 (7) Пересечение строки и столбца однозначно определяет ложный символ. В 60 качестве "1" в выражении (7) можно считать синхроймпульс, так как после его формирования начинается съем символов а и а, и-столбца. Использование сканирующей головки для, 65 съема информации по двум координатам повышает экономичность преобразователя, уменьшает количество оборудования в тракте воспроизведенияи упрощает канал связи.:На фиг. 5 приведен один иэ возможных вариантов преобразователя синтегральной сканирующей магнитнойголовкой, намагничивающей носительв перпендикулярном направлении. Алфавит выбран 11-ричный, количествоинформации 2,1 БИТ. Многоустойчивостьрабочего слоя носителя можно обеспечить разными способами. На фиг. 5 дорожка 11 имеет пять узких дорожек15, 1 б, 17, 18 и 19 с переменным значением намагниченности в зависимости от значения символа О. Если О =0то дорожки 15-;19 размагничены, приОпр 4 дорожки 15 в ; 17 размагничены,а 18, 19 намагничены и т.д. согласнофиг. 5,Двухкоординатная сканирующая головка в интегральном исполнении состоит из магнитной головки 4(одинна дорожке), блока сканирования построке 3 и столбцу б, блока синхронизации 5 и усилителей сигналов 13и 14. Перемещение по координате Хна расстояние дХ согласно. выражению(6) достигается тем, что элементызакреплены на блоке сканирования построке 3 (пьеэопластине), напряжение на которую подаетсяпри подачесигнала запроса (на фиг. 5 входныесигналы не указаны). Магнитная головка 4 имеет обмотку записи чч,иобмотку потокочувствительного считывания и(генератор возбуждения иобмотки управления чувствительнылэлементом на фиг5 не указаны). Маг.нитная головка кольцевой шкалы подсоединена через усилители к блокусканирования по столбцу б, выполняющему функцию коммутатора столбца,блок синхронизации 5 управляет какзаполнением регистра, так и выдачейинформации в выходной блок 9, определяющий суммы согласно выражений (5) и (7) и формирующий истинный код угла 9, . Можно в преобразователе применить классическую сканирующую головку, непосредственно сканирующую по координатам Х, например запись и считывание информации с помощью луча лазера, причем вращение плоскости поляризации луча будет зависеть от степени намагниченности носителя, т.е. значения символа оВозможно для записи и сканирования кода применить головку и носитель с переменными магнитными свойствами и т.д. В любом исполнении сохраняются основные признаки изобретения - многозначность алфавитамного- устойчивость носителя, прямая и инверсная запись кода, двухкоординатная выборка, обеспечивающие экономичность, быстродействие и надежность, Широкое применение преобразователь найдет при создании высоконадежных управляющих систем автоматики, телемеханики и вычислительной техники, в которых измеряемый и управляемый параметр функционально связан с углом,а искажение значений угла недопустимо.Формула изобретенияМагнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий магнитный элемент, на первой дорожке которого нанесены сетки синхроимпульсов,а на второй дорожке - прямой кольцевой код, магнитную головку, блок управления, соединенный через блок ска"нирования по строке с магнитной головкой, соединенной с одним иэ входов блока синхронизации и блоком про"верки кольцевого кода и формирования 15 истинного кода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразователяв него введен блок сканирования постолбцу, вход которого соединен с вы ходом блока синхронизации, первый выход соединен с другим входом блокасинхронизации, а другой выход - с магнитной головкой, на третьей дорожкемагнитного элемента, нанесен дополнительный кольцевой код.