Преобразователь угла поворотавала b код

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 280379 (21) 2743513/18-24 с присоединением заявки йо(23) Приоритет С 08 С 9/04осударственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 310181(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОДИзобретение относится к системе автоматического контроля и пре-образования неэлектрических величин в дискретный электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие подвижную кодовую маску, чувствительные элементы, выполненные в виде индуктивных или трансформаторных элементов и блок формирования выходного сигнала 1 .Недостатком этого преобразователя является низкая точность измерения. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, подключенный к двоичному счетчику, фазовращатель, выполненный в виде последовательно включенных фазорасщепителя и многополюсного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, усилитель мощности и блок формирования выходного сигнала, входы которого подключены к выходам фазовращателя и двоичного счетчика. В устройстве измеряемый угол засчет синусно-косинусного вращающегося трансформатора, включенного в режим фазовращателя, преобразуется вфазовый сдвиг переменного напряжения, который в блоке формированиявыходного сигнала преобразуется вцифровой код. В устройстве использует.ся многополюсный синусно-косинусныйвращающийся трансформатор (СКВТ) сэлектрической редукцией, содержащей одну обмотку на роторе и две -синусную и косинусную обмотки - настаторе.15 Для включения синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ)в режим фазовращателя с помощью фазорасщепителя и.усилителей мощности формируются два ортогональных напряжения 20 (фазовый сдвиг между которыми состав"ляет 90 о).с равными амплитудами, которые поступают на запитку синуснойи косинусной обмоток СКБТ. В этомслучае фаза выходного напряжения, И сформированного на вторичной обмотке СКВТ пропорциональна измеряемомууглу ротора СКВТ (21 .Однако ввиду погрешностей фазорасщепителя и двух усилителей мощнос ти ортогональность и равенство ампли 801024туд напряжений, поступающих на запитку СКВТ, не выполняется, что приводит к прямой погрешности преобразования. Поэтому существенным недостатком устройства является большаяпогрешность преобразования, обусловленная неортогональностью инеравенством амплитуд напряжений, поступающих на запитку СКВТ. Кроме то- .го, наличие в схеме устройства прецизионного источника ортогональныхнапряжений усложняет конструкцию,устройства и его практическую реализацию.Цель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворотавала в код. 15Поставленная дель достигается засчет того, что в преобразовательугла поворота вала в код введеныдва формирователя импульсов, дискретный элемент задержки, два сумматора, 20два ключа и три расширителя импульсов,входы дискретного элемента задержки подключены к первому, второму итретьему выходам двоичного счетчика, выход дискретного элемента задержки через первыи формировательимпульсов подключен к одному входупервого сумматора и через первый расширитель импульсов - к опорному входу первого ключа, первый выход двоичного счетчика через второй формирователь импульсов годключен к другому входу первого сумматора ичерез второй расширитель импульсовк опорному входу второго ключа, выход первого сумматора через третий 35расширитель импульсов соединен совходом усилителя мощности, входы второго сумматора подключены соответственно к выходам первого и второгоключей, сигнальные входы которых 40соединены с вторичными обмотками многополюсного синусно-косинусноговращающегося трансформатора, выходвторого сумматора соединен с входомфильтра верхних частот,На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Преобразователь угла поворота ва" щ ла в код содержит генератор 1 импульсов, двоичный счетчик 2, дискретный элемент 3 задержки, Формирователь 4 и 5 импульсов, подключенные к первому сумматору 6 и через первый расширитель 7 и второЦ 8 импульсов к опорным входам ключей 9 и 10, третий расширитель 11 импульсов, усилитель 12 мощности, многополюсный синусно-косинусный вращающийся трансформатор 13, второй сумматор 14, 0 фильтр 15 высших частот и блок 16 формирования выходного сигнала. В состав дискретного элемента 3 задержки входят блоки 17 и 18 совпадения, которые подключены соответственно к 45 первому и второму входам триггера 19,а выходы блоков 17 и 18 совпаденияк выходам двоичного счетчика 2. Одинвыход счетчика 2 подключен также ковторому формирователю 5 импульсови к первому входу блока 16 формирования выходного сигнала 16, а выходдискретного элемента 3 задержки подключен к первому формирователю 4 импульсов.Первичная обмотка многослойногосинусно-косинусного вращающегосягрансформатора 13 (СКВТ) подключеначерез усилитель 12 мощности и расширитель 11 импульсов к выходу первого сумматора 6, синусная и косинусная вторичные обмотки СКВТ черезключи 14 и 15 подключены ко входамсумматора 14.Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.Импульсы генератора 1 с частотойпоступают на вход й-разрядного2двоичного счетчика 2, работающего врежиме непрерывного счета (фиг. 2),В результате на выходе двоичного счетчика 2 сформировываются импульсныесигналы (фиг. 2 а б, в), причем навыходе последнего И триггера двоичного счетчика 2 образуется периодическая последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 2 б) следующих с частотой 1 О = 1 т 0В дискретном элементе задержкиза счет двух блоков 17 и 18 совпадения и триггера 19 формируется втораягруппа периодической последовательности импульсов, следующих с той жеКчастотой Г = Гд, которые отстают отимпульсов последнего триггера счетчика 2 на временной интервал, равный(фиг. 2 б, г)Выходные импульсы последнего триггера счетчика 2 и дискретного элемента 3 задержки поступают соответственно на входы формирователей 4 и 5импульсов. На выходе формирователя 5в момент ступенчатого изменения амплитуды выходного сигнала формируютсякороткие импульсы первого канала(фиг. 2 д), а на выходе формирователя 4 аналогично формируются импульсы второго канала, сдвинутые относительно импульсов первого каналана ( ф Т ) (фиг. 2 е).,Сформированные короткие импульсыпервого и второго каналов в первомсумматоре 6 суммируются (см. Фиг. 2 е)и по одной цепи поступают в расширитель 11 импульсов,На выходе расширителя 11 импульсов из входных импульсов первого ивторого каналов (фиг. 2 е), сдвинутых Относительно друг друга на 4 Тоуфформируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 2 и),полярность которых соответствуетполярности входных импульсов, длительность выходных импульсов расшири801024теля 11 импульсов выбирается из соот- вход первичной обмотки СКВТ импульношения сов второго канала (фиг. 2 м, р).- ь (ТВ результате временной селекции где Т - постоянная времени элек- выходных импульсов синусной и коситромагнитой цепи СКВТ. усной обмоток СКВТ на входы второгоУсиленные по мощности в усилителе 12 выходные импульсы расширителя 5 импульсные сигналы первого канала, 11 импульсов поступают на запитку модулированные по закону синуса ичерез ключ 10 (с выхода косинусной обПри запитке первичной обмотки мотки) импульсы второго канала, мо- СКВТ имп льспульсами с длительностью и,сТ д цулированные по амплитуде по законутна выходных синусной и косинусной 0 косинуса.обмотках СКВТ 13 индуктируются импуль- Причем как следует из работы устсы положительной или отрицательной ройства, импульсы второго канала полярности, пропорциональные по отстают от импульсов первого канала амплитуде косинусу (для косинусной точно на - Т о бмотки) угла поворота ротора СКВТ. 15 С помощью фильтра 15, настровнноаТак как длительностьимпульго на частоту импульсов в каналах, сов, поступающих на запитку первич- из выходного сигнала сумматора 14 ной обмотки выбирается меньше пос- выделяется первая гармоника, равная тоянной времени Т щ электромагнитной сумме первых гармоник импульсов перцепи СКВТ, то после окончания дейст вого и второго каналов, сформировия импульса (фиг. 2 и),в выходной ванных соответственно на выходах клюцепи СКВТ практически не возникает ча 9 (фиг. 2, н) и ключа 10 (фиг.2 р) переходной процесс, т. е. Так как импульсы первого канадаЛ ли импульсы второго канала проходят где с -суммарная длительность импуль чеРез один и тот же расширитель 11лса (с учетом переходного про- импульсов и усилитель 12 мощности,цесса) на выходной обмотке а затем поступают на одну и ту жеСКВТ. обмотку СКВТ, то следовательно, амВ этом случае импульсный сигнал, плитуды и длительности импульсов возникающий во вторичной обмотке СКВТ З пеРвого и второго канала, поступаю- уменьшится до нулевого значения до щие непосредственно на запитку пермомента прихода следующего импульса вичной обмотки СКВТ, равны друг на вход первичной обмотки СКВТ 13. , другуПри этом, образованные во вторич- Синусоицальный сигнал суммарной ной обмотке СКВТ 13 импульсы (фиг.2,к) первой гармоники на выходе фильтра практически не влияют друг на друга.35 15,фаза которого несет информаВыходные импульсы синусной цию об измеряемом перемещении, по- обмотки поступают на сигнальный ступает в блок 16 формирования вывход ключа 9, на опорный вход кото- ходного сигнала, в котором разность рого поступают увеличенные по дли- фаз между выходными сигналами постельности (в расширителе 8 импуль леднего, триггера двоичного счетчисов 9 импульсы первого канала (с выхо- ка 2 и Фильтра 15 преобразуется да Формирователя 5 импульсов), при- в числовой эквивалент, пропорциочем длительность сформированных на нальный измеряемому углу. выходе расширителя 8 импульсов выбира- Таким образом, обеспечивается орется из соотношения 45 тогональность и равенство амплитудквадратурных напряжений, поступаю -( щих на запитку СКВТ, что позволяетВ момент прихода на второй вход исключить погрешности, возникающие ключа 9, увеличенных по длитель- при включении синусно-косинусного ности импульсов первого канала, ключ 50 вращающегося трансформатора в режиме 9 открывается и в результате на вы- электромеханического фазовращателя. ходе ключа появляются выходные импуль- Зкономический эффект от испольсы синусной обмотки СКВТ,сформирован- зования предложенного техническоные в момент прихода на вход первич- го решения обусловлен отмеченными ной обмотки СКВТ импульсов первого 5 выше его техническими преимущества- канала (фиг. 2 л, н.).миеВыходные импульсы косинуснойобмотки также поступают на сигнальныйвход второго ключа 10, на опорный Формула изобретения вход .которого приходят увеличенные врасширителе 7 импульсов импульсы с 60 Преобразователь угла поворота выхода формирователя 4 импульсов вала в код, содержащий многополюсный второго канала, при этом через синусно-косинусный вращающийся транс- ключ 10 проходят только те выходные форматор, к первичной обмотке кото- импульсы косинусной обмотки СКВТ, ко- рого подключены выходы усилителя торые возникают в момент прихода на 45 мощности, и блок Формирования выход.ного сигнала, к одному входу которого подключен выход фильтра верхнихчастот, к другому входу - первый выход двоичного счетчика, вход которого соединен с генератором импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что с целью повышения точности преобразователя, в него введены дваформирователя импульсов, дискретный элемент задержки, два сумматора, два ключа и три расширителя импульсов, входы дискретного элемен- Ота задержки подключены к первому,второму и третьему выходам двоичногосчетчика, выход дискретного элементазадержки через первый формировательимпульсов подключен к одному входу 15первого сумматора и через первыйрасширитель импульсов - к опорномувходу первого ключа, первый выходдвоичного счетчика через второй формирователь импульсов подключен к дру Огому входу первого сумматора и через второй расширитель импульсов копорному входу второго ключа, выходпервого сумматора через третий расширитель импульсов соединен со входом усилителя мощности, входы второго сумматора подключены соответственно к выходам первого и второгоключей, сигнальные входы которых соединены с вторичными обмотками многополюсного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходвторого сумматора соединен с входомФильтра верхних частот. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Борзов М. И. Индуктивныепреобразователи угла в код. М.,"Энергия", 1970, с. 36.2. Зверев А. К. и др, Преобразователи угловых перемещений в цифровойкод, М., "Энергия", 1974, с. 156801024 Составитель И. НазаркинаРедактор Е. ЛУшникова ТехредМ. Голинка Коррек Назарова 2 одписно лиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектна Эаказ 10434/67 ВНИИПИ по д 113035, МоТираж 7 осударственного ам изобретений и ва, Ж, Раушск митета СССРткрытий наб., д. 4