Преобразователь угла поворота вала в код

(23) ПриоритетГосударетвснкых камнтат СССР ао делан кзабретеккк к отхрыткк81. 34088. 8) ублнковано 07,03.82. Бюллетень Эе 9 ата олублнковвння овисвння 07.03.82(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В К 1Изобретение относится к системамавтоматического контроля и преобразования угла поворота вала в дискретный электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.Известны накапливающие преобразователи угла поворота вала в код, построенные на генераторных датчиках, в которых для формирования импульсов сче1 В та применяются два чувств:1 тельных элемента, сдвинутых на четверть шагового интервала зубцового магнитопроводящего диска, а схема построена таким образом, что исключает импульсы, обусловленные дроблением сигналов чувствительных элементов и кроме этого в реверсивных преобразователях выдает сигналы счета на выход по двум каналам в зависимости от направления вращения вала. Достоинством этого технического решения является также то, что за один период следования импульсов чувст вительных элементов,схема формирует четыре импульса счета, повышая тем самым разрешаацую способность преобразователя 11.Недостатком преобразователя явля-ется то, что схема не формирует постоянного сигнала в направлении вращения и остановке вала, а цепи формирования импульсов счета содержат в варианте с расширением разрешающей способности потенциально-импульсные элементы, имеющие более низкую надежность и высокую восприимчивость к помехам в канале связи чем у чисто потенциальных элементов.Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, в котором сигналы иэ датчика следуют по четырем независимым каналам, и представляет собой две импульсные последовательнос" ти, сдвинутые на четверть периода и их инверсии, Выявление знака направления вращения основано на фиксации первыми четырьмя логическимиЭ 91158элементами И определенной очередностипрохождения во времени импульсов почетырем каналам, Сигналы с выходовпервых четырех логических элементовзапоминаются на одну четверть периода спервыми двумя ЙЯ триггерами, на выходе которых подключены первые входывосьми логических элементов И. Вторые их входы подключены к выходампервых четырех логических элементов 1 ОИ. Причем на выходе пятого, шестого,седьмого и восьмого элементов И формируются через первый элемент ИЛИсигналы о направлении вращения вала,например, влево, а на выходе девятого,15десятого, одиннадцатого и двенадцатого элемента И формируются через второй элемент ИЛИ сигналы о направлениивала, например, вправо. Выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены 20соответственно на единичный и нулевойвходы выходного третьего триггера, Спрямого .и инверсного выходов выходноготриггера снимаются постоянные выходные сигналы о направлении вращения ва 25ла 21,Недостаток известного преобразователя состоит в том, что он не формирует импульсов счета и сигнал о остановке вала, так как на выходе сохраняет- ЗОся сигнал, соответствующий предыдущему до остановки состоянию выходноготриггера, в результате чего снижаетсянадежность работы преобразователя вцелом.ЗфЦель изобретения - повышение надежности преобразователя угла поворотавала в код,Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь угла поворота фовала в код, содержащий датчик, к первому выходу которого подключены первые входы первого и второго элементовИ, к второму выходу - вторые входывторого и третьего элементов И, к фбтретьему выходу - первые входы третьего и четвертого элементов И, к четвертому выходу - вторые входы первого ичетвертого элементов И, выход первогоэлемента И соединен с единичным входомОпервого триггера, к нулевому входукоторого подключен выход третьегоэлемента И, выход второго элемента Исоединен с единичным входом второготриггера, нулевой вход которого подключен к выходу четвертого .элементаИ, прямой выход первого триггера подключен к первым входам пятого и шесто 1 4го элементов И, прямой выход второготриггера подключен к первым входамседьмого и восьмого элементов И, инверсный выход первого триггера соединен с первыми входами девятого и десятого элементов И, инверсный выходвторого триггера соединен с первымивходами одиннадцатого и двенадцатогоэлементов И, вторые входы пятого идесятого элементов И подключены к выходу второго элемента И, вторые входышестого и девятого элементов И под -.ключены к выходу четвертого элементаИ, вторые входы седьмого и двенадцатого элементов И соединены с выходомтретьего элемента И, вторые входывосьмого и одиннадцатого элементов Исоединены с выходом первого элементаИ, выходы, пятого, седьмого, девятогои одиннадцатого элементов И подключены к соответствующим входам первогоэлемента ИЛИ, выходы шестого, восьмого, десятого и двенадцатого элементовИ подключены к соответствующим входамвторого эл" ента ИЛИ, выход первогоэлемента ИЛИ соединен с единичным входом третьего триггера, введены т ринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатыйэлементы И, третий, четвертый и пятыйэлементы ИЛИ, четвертый триггер, ключйС-цепь и пороговый элемент, первыевходы тринадцатого и четырнадцатогоэлементов И соединены соответственнос прямым и инверсным выходами первоготриггера, вторые входы тринадцатогои четырнадцатого элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, выходы тринадцатого и четырнадцатого элементов И подключены к входам третьегоэлемента ИЛИ, выход которого черезпоследовательно соединенные ключ КСцепь и пороговый элемент связан с первыми входами четвертого и пятого элементов ИЛИ, второй вход четвертогоэлемента ИЛИ соединен с прямым выходом четвертого триггера, единичныйвход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а нулевой вход -к выходу пятого элемента ИЛИ, второйвход которого подключен к прямомувыходу третьего триггера, к нулевомувходу которого подключен выход четвертого элемента ИЛИ, нулевые выходытретьего и четвертого триггеров соединены с входами пятнадцатого элемента И, единичные выходы третьего ичетвертого триггеров, выход третьего5 9115элемента ИЛИ и пятнадцатого элементаИ соединены с выходными шинами преобразователя,На фиг, 1 приведена структурнаясхема преобразователя угла поворота 5вала в код; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.Преобразователь содержит (фиг, 1)пятнадцать элементов И 1-15, причем 10первые цетыре элемента И 1-4 соединены с выходами датчика 16, механически связанного с входным валом (нафиг. 1 не показан), первый, второй,третий и четвертый триггеры 17-20, 15первый, второй, третий, четвертый ипятый элементы ИЛИ 21-25, ключ 26,КС-цепь 27 и пороговый элемент 28.Прямой выход третьего триггера 19подключен к выходной шине "Л" левого 20вращения, прямой выход четвертоготриггера 20 подключен к выходной шине "П" правого вращения, выход пятнадцатого элемента И 15 соединен свыходной шиной "0" останова, выход 25третьего элемента ИЛИ 23 подключен квыходной шине "СИ", с которой снимаются счетные импульсы,Преобразователь угла поворота валав код работает следующим образом. ЗОВыходные сигналы датчика 16 представляют собой две импульсные последовательности, сдвинутые на четвертьпериода, т, е, на Й 4 (фиг. 2), и версии этих импульсных последовательнос- зтей, следующие по каналам 111 и 1 Ч(фиг. 1 и фиг. 2). Сигналы по каналу1 поступают на первые входы логических элементов И 1 и 2, по каналу 111на первые входы элементов И 3 и 4. На 4 Овторые входы элементов И 2 и 3 поступают сигналы по каналу 11, а по каналу 1 Ч - на вторые входы элементовИ 1 и 4.45Обозначим соответственно каналам 1, 11, 111 и 1 Ч сигналы буквами А,При вращении вала на выходе элементов И 1-4 формируются совпадениею 50 сигналов АВ, АВ, АВ, АВ. Причем определение направления вращения основано на фиксации определенной очередности прохождения во времени, вышеназванных импульсов, При вращении вала в одну сторону, например, влево АВ-ЯВ-АВ-АВ-АВ, при вращении в другую сторону, например, вправо АП-АВ-АВ-АВ-АВ. 81 6Сигналы с выходов элементов И 1-4запоминаются на полпериода триггерами 17 и 18 и во второй четверти каждого такого полупериода сравниваетсяна элементах И 5, 7, 9, 11 и 6, 12,10, 8 с последующим за данными сочетанием совпадением сигналов, поступающим непосредственно с элементов И 14, Элементы 5, 7, 9 и 11 формируютна выходе сигналы при прохождениипоследовательности АВ-АВ-АВ-АВ, которые через элемент ИЛИ 21 поступаютна единичный вход выходного триггера 19, С прямого выхода триггера 19снимается постоянный выходной сигнало вращении вала в одну сторону, например, влево. Элементы И 6, 8, 10 и12 формируют на выходе сигналы припрохождении последовательностиАВ-АВ-АВ-АВ, которые через элементИЛИ 22 поступают на единичный входтриггера 20, с прямого выхода которого снимается постоянный сигнал о вращении вала в другую сторону, напримервправо,Для получения импульсов счета вустройство поступают сигналы с выходов триггеров 17 и 18, чем исключается появление дробления сигнала выходных импульсов, счета, т, е, ложныхвыходных импульсов.Одновременно расширяется разрешающая способность преобразователя, таккак в течение периода следования импульса датчика на выходе элементаИЛИ 23, объединяющего выходы элементов И 13 и 14, формируется два импуль.са счета, поступающих на выход преобразователя. Импульсы сцета поступаютодновременно на вход ключа 26. Параллельно выходу ключа 26 подсоединенконденсатор КС-цепи 27. Заряд конденсатора производится через резисторэтой цепи от источника Чо, Напряжение заряда конденсатора подается навход порогового элемента 28, выходкоторого через элементы ИЛИ 24 и 25связаны с нулевыми входами обеих выходных триггеров 19 и 20. С инверсных выходов триггеров 19 и 20 черезэлемент И 15 на выход преобразователяпоступает постоянный сигнал об остановке вала. Работа ЙС-цепи в преобразователепроисходит следующим образом.При поступлении на вход ключа 26импульса счета с выхода элемента ИЛИ23 (фиг, 20) происходит разряд кон 91158 денсатора через ключ 26. На выходе ключа 26 появляется нулевой сигнал, После исчезновения импульса счета начинается заряд конденсатора (фиг, 26) через резистор КС-цепи 27 источника Чр,. 8 ремя заряда определяется постоянной времени КС-цепи которая расчитывается из условия, чтобы вреьВ заряда до напряжения включения порогового элемента было меньшим, О чем четверть периода следования импульсов чувствительных элементов при самой низкой скорости вращения вала.Бсли следующий импульс счета поступает раньше, чем напряжение на 15 конденсаторе достигнет порога срабатывания элемента 28 (фиг. 24), то состояние его выхода не изменится, что соответствует вращению вала. После остановки вала поступление импуль сов счета прекращается, конденсатор КС-цепи 27 заряжается до напряжения срабатывания порогового элемента 28, на его выходе появляется единичный сигнал (фиг. 28), который через эле менты ИЛИ 2 М и 25 подается на нулевые входы выходных триггеров 19 и 20. оС инверсных выходов триггеров 19 и 20 через элемент И 15 на выход посту-пает сигнал об остановке вала, 30Применение предлагаемого преобразователя имеет наибольшую эффективность в системе числового и программного управления транспортными системами, устройствами подач станков и других механизмов. формула изобретения40Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик, к первому выходу которого подключены первые входы первого и второго элементов И, к второму выходу - вторые входы второ го и третьего элементов И, к третьему выходу - первые входы третьего и четвертого элементов И, к четвертому выходу - вторые входы первого и четвертого элементов И, выход первого10 элемента И соединен с единичным входом первого триггера, к нулевому входу которого подключен выход третьего элемента И, выход второго элемента И соединен с единичным входом второго триггера, нулевой вход которого под 55 ключен к выходу четвертого элемента И, прямой выход первого триггера подключен к первым входам пятого и шес 1 8того элементов И, прямой выход второго триггера подключен к первым входам седьмого и восьмого элементов И,инверсный выход первого триггера соединен с первыми входами девятого идесятого элементов И, инверсный выходвторого триггера соединен с первымивходами одиннадцатого и двенадцатогоэлементов И, вторые входы пятого идесятого элементов И подключены квыходу второго элемента И, вторыевходы шестого и девятого элементов Иподключены к выходу четвертого элемента И, вторые входы седьмого и двенадцатого элементов И соединены с выходом третьего элемента И, вторыевходы восьмого и одиннадцатого элементов И соединены с выходом первого элемента И, выходы пятого, седьмого, девятого и одиннадцатого элементов Иподключены к соответствующим входампервого элемента ИЛИ, выходы шестого,восьмого, десятого и двенадцатогоэлементов И подключены к соответствую .щим входам второго элемента ИЛИ, вы ход первого элемента ИЛИ соединен сединичным входом третьего триггера,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности работы, внего введены тринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатый элементы И, третийчетвертый и пятый элементы ИЛИ, четвертый триггер, ключ, КС-цепь и пороговый элемент, первые входы тринадцатого и четырнадцатого элементов Исоединены соответственно с прямым иинверсным выходами первого триггера,вторые входы тринадцатого и;четырнаднадцатого элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, выходы тринадцатого и четырнадцатого элементов Иподключены к входам третьего элементаИЛИ, выход которого через последовательно соединенные ключ, КС-цепь ипороговый элемент связан с первымивходами четвертого и пятого элементов ИЛИ, второй вход четвертого элемента ИЛИ соединен с прямым выходомчетвертого триггера, единичный входкоторого подключен к выходу второгоэлемента ИЛИ, а нулевой вход - к выходу пятого элемента ИЛИ, второй входкоторого подключен к прямому выходутретьего триггера, к нулевому входукоторого подключен выход четвертогоэлемента ИЛИ, нулевые выходы третьегои червертого триггеров соединены свходами пятнадцатого элемента И, еди911581 ничные выходы третьего и четвертоготриггеров,. выход третьего элементаИЛИ и пятнадцатого элемента И соединены с выходными шинами преобразователя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе10Авторское свидетельство СССР390547 кл. С 08 С 9/04, 1973,2. Демидов С. В. и др. Опыт построения цифровых систем управления электроприводов станков, Изд. ЛДНТП, 1979, с. 24-25 (прототип).