Функциональный преобразователь угловых перемещений

К АВТОРС отопо- фоторе 1975,стявного яются азы в ервог реклютрет н орм срого и трлн- ателя им и дключемиы и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР(5) 1. Авторское свидетельство СССР й 748840, кл, 6 08 С 9/04, 1978.2. Свечников С, В. и др. ф тенциометры и функциональные зисторы, М "Советское радио с. 184 (прототип).(54)(57) 1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий поворотный модулирующий диск,выполненный из непрозрачного материала с фигурным окном, и неподвижный считывающий элемент, вход которого соединен с первым выводом токозадающего резистора, а выход подключен к информационному входу блока преобразования считанного сигнала, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения технологии изготовления преобразователя, он содержит ключевой транзистор и последовательно включенные генератор импульсов элемент задержки и первый и втоой инверторы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока преобразования считанного сиг-, нала, подключенного третьим управляющим входом к генератору импульсов, коллектор ключевого транзистора подсоединен к шине постоянного напряжения, а его база и эмиттер подключены соответственно к выходу элемен,80104367 та задержки и к вто у выводу токозадающего резисторповоротный модулирующий диск покрыт токопроводящим слоем, а неподвижный считывающий элемент выполнен в виде размещенных на общем проводящем основании двух полосковых трансформаторов, один из которых расположен радиально вдоль поворотного модулирующего диска, а другой - за его пределами, первичные шины полосковых трансформаторов соединены последовательно и согласно и включены между входом неподвижного считывающего элемента и шиной нулевого потенциала, а их вторичные шины - последователь но и встречно и являются выходом неподвижного считывающего элемента.2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в нем , блок преобразования считанного сигнала содержит диодно-резистивный делитель напряжения, первый и второй транзисторные токовые переключате-ли,накопительный конденсатор и истоковый повторитель, выход которого является выходом блока, первый транзисторный токовый переключатель содержит три транзистора с общим эмиттерным резистором, подсоединенным к шине постоянного напряжения, база первого из трех транзисторов первого транзисторного токового переключателя и выход диодно-р делителя напряжения я ционным входом блока, третьего транзисторов зисторного токового являются соответственно первым управляющими вхо а их коллекторы обьедин10136 ны к входу диодно-резистивного делителя напряжения и шине постоянного напряжения, второй транзисторный токовый переключатель содержит два транзистора с общим эмиттерным резистором, подсоединенным к шине постоянного напряжения и через опорный диод-к базе первого транзистора второго транзисторного токового переключателя и к первой обкладке накопитель 79ного конденсатора, вторая обкладкакоторого соединена с коллекторамипервых транзисторов первого и второго транзисторных токовых переключателей и с входом истокового повторителя, коллектор второго транзистора второго транзисторного токового переключателя подключен к шине нулевогопотенциала, а его база является вторым управляющим входом блока.Недостатком такого преобразователя является относительно яевысокая точность и сложность изготовления.Целью изобретения является повы" шение точности и упрощение технологии изготовления преобразователя,35 Изобретение относится к преобразователям форм представления информации,а именно к функциональным преобразователям (ФП) угловых перемещений вала в напряжение постоянного тока,Известны синусно-косинусные ФП нв5вращающихся трансформаторах 1.1 .Однако они пригодны, в основном,для преобразования угла в гармониче"ский сигнал. Кроме того, они сложныв производстве и материалоемкости, по-скольку содержат многовитковые обмотки и магнитные материалы, Точность преобразования на их основеневысока вследствие недостаточновысокой повторяемости конструктивных параметров при изготовлении,Наиболее близким по техническомурешению к изобретению является функциональный преобразователь угловыхперемещений, содержащий считывающий элемент в виде Фоточувствительного резистора, соединенный черезрегистр с источником постоянного напряжения, источник подводимой энергии в виде осветителя, установленного над резистивным элементом и состоящего из лампы накаливания и линзы, модулирующий элемент в виде непрозрачной маски, укоепленной на валупреобразователя и перемещающейсямежду резистивным элементом и щелевым осветителем, а также блок преобразования считанного сигналаГ 2 2Поставленная цель достигается тем, что Функциональный преобразователь угловых перемещений, содержащий поворотный модулирующий диск,вы" полненный иэ непрозрачного материала с фигурным окном, и неподвижный считывающий элемент, вход которого соединен с первым выводом токозадающего резистора, а выход подключен к информационному входу блока преобразования считанного сигнала содержит ключевой транзистор и последовательно включенные генератор импульсов элемент задержки и первый и второй инверторы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока преобразования считанного сигнала, подключенного третьим управляющим входом к генератору импульсов, коллектор ключевого транзистора подсоединен к шине постоянного напряжения,. а его база и эмиттер подключены соответственно к выходу элемента задержки и ко второму выводу токозадаю" щего резистора, поворотный модулирующий диск покрыт токопроводящим сло" ем, а неподвижный считывающий элемент выполнен в виде размещенных на общем проводящем основании двух полосковых трансформаторов, один из которых расположен радиально вдоль поворотного модулирующего дискаа другой - за его пределами, первичные шины полосковых трансформаторов соединены последовательно и согласно и включены между входами неподвижного считывающего элемента и шиной нулевого потенциала, а их вторичные шины " последовательно и встречно и являются выходом неподвижного считывающего элемента.3Блок преобразования считанного сигнала содержит диодно-резистивный делитель напряжения, первый и второй транзисторные токовые переключате" ли, накопительный конденсатор и ис" токовый повторитель, выход которого является выходом блока, первьй транзисторныйтоковый переключатель содержит три транзистора о общим эмиттерным резистором, подсоединенным к шине постаянного напряжения, база первого из трех транзисторов первого транзисторного токового переключател и выход диодно-резистивного делителя напряжения являются информационным. входом блока, базы второго итретьего транзисторов первого транзисторного токового переключателя являются соответственно третьим и первым управляющими входами блока, а их коллекторы объединены и подключе" ны ко входу диодно-резистивного де" лителя напряжения и шине постоянного напряжения, второй транзисторный токовый переключатель содержит два тра зистора с общим эмиттерным резистором, подсоединенным к шине постоянно го напряжения и через опорнйй диод " к базе первого транзистора второго транзисторного токового переключателя и к первой обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с коллекторами первых транзисторов первого и. второго транзисторных токовых переключателей и со входом истокового повторит ля, коллектор второго транзистора второго транзисторного токового пе" реключателя подключен к шине нулевого потенциала, а его база являет" ся вторым управляющим входом блока.На чертеже приведена схема Функци онального преобразователя угловых перемещений,Преобразователь содержит неподвиж ный считывающий элемент 1 со входом 2, выполненный в виде двух идентичных полосковых трансформаторов 3 и 11, каждый иэ которых содержит расположенные в параллельных плоскостях индуктивно связанные вторичные и первичные шины 5 и 6. Проводящее основание 7 является общим для всех шин полосковых трансформаторов 3 и М Один вывод первичных шин 6 через токоэадающий резистор 8 соединен с ключевым транзистором 9, а другой в вод соединен с заземленным проводящим основанием 7, выходы вторичных 1013679 4шин полосковых трансформаторов 3 иЙ - с делителем, напряжения, состоящим из резистора 10 и диода .11. и входящим в состав блока 12 преобразования считанного сигнала. Блок 12 преобразования состоит также из транзисторного токового переключателя натранзисторах 13-15 и резисторе 16,.транзисторного токового переключате 10 ля на транзисторах 17, 18 и резисторе 19, накопительного конденсатора 20истокового повторителя на полевом я транзисторе 21, резисторе 22 и конденсаторе 23 и опорного диода 24. Пре 15 образователь содержит также поворотный модулирующий диск 25 с Фигурнымокном, генератор 26 импульсов, соединенный с базой транзистора 18 ичерез элемент 27 задержки - с базой20 транзистора 19. Выход элемента 27 задержки через первый инвертор 28 соединен с базой транзистора 15; выходпервого инвертора через второй инвертор 29, соединен с базой транзистора 1.4.Преобразователь работает следующим образом.Генератор 26 импульсов создает периодические .импульсные сигналыпрямоугольной Формы, служащие дляоткрывания транзистора 9, которыйпреобразует импульсы напряжения в импульсы тока возбуждения считывающего элемента 1, амплитуда которого35определяется токозащищающим реэистое ром 8, поскольку сопротивление первичЪных шин 6 мало. В момент нарастанияФронта тока воэбуждения 1 14 е " )В В40 где 38-амплитуда тока; ь - постоянная времени нарастания, вокруг первичных шин 6 создается нарастающеево времени практически с постоянноймагнитное поле.Поскольку между шинами 5 и 6 су 45ществует погонная взаимная индуктивность величины Но, то во вторичныхшинах 5 в момент нарастания фронтатока индуцируется напряжение считан,50ного сигнала. На участке вторичнойшины 5 длинойиндуцируемое напряжение равно ае =М831При этом амплитуда напряжения55 считанного сигнала в момент й = 0 ы 8043679 8ры схемы управления. Методы температурной стабилизации этих параметровдостаточно эффективны.Основные технические параметрыфункционального преобразователя наоснове полоскового трансформатора сле"дующие: погонная индуктивность И,=.ф 0,7 10; коэффициент модуля 0ции,д 0,5, амплитуда тока возбуждения Э 0,3 А; постоянная времени нарастания Фронта тока фС =10 % .При максимальной ширине модулирующегоэлемента Ь(Ч) =25 мм максимальная амплитуда сигнала е -262 мм. Если посСьчтоянная времени фронта ь 10 нс, тоглубина проникновения вихревых токовв проводящую поверхность модулятора, например из меди, не превышает2 О .15 мкм. Поэтому элементы полосковойлинии и модулятор выполняются изобычных фольгированных диэлектриков,применяющихся при печатном монтаже,Среднеквадратическое значение шумов,приведенное ко входу схемы преобра"зования, составляет Вш20 скВ,При"няв пикофактор Е = 3 Лц, получим коли"чество уровней квантования по ширинемодулирующего элемента 7 .Если коэффициент передачи блока12 преобразования считанных сигналов равен Кп, то выходное напряжение О (Ч) Ке КЬ . Таким обйразом, точность преобразования блока 12 определяется стабильностьюкоэффициентов К и, К,ОПоскольку К- О б то не 7посредственно из формулы следует,чтовеличина К практически не зависит отположения модулирующего элемента,таккак погонная индуктивность и коэффициент модуляции одинаковы по длинеполосковой линии, поскольку она несодержит практически никаких неодно"родноствй. Ее сопротивление дляэлектрического така одинаково,учитывая что геометрические размеры легковыдержать с высокой точностью, применяя,например, технологию фотохимического травления фольгированных диэлектриков по фотошаблону.При этом.не требуется новой технологии, от"личной от технологии межсоединений,хорошо освоенной в электронике.Этим достигается упрощение изготов"пения преобразователя.Считывающий элемент 1 совершеннонечувствителен к воздействиям внешнейсреды. Благодаря тому, что он работает на принципе воздушного трансформатора; коэффициент передачи не зависит от попадания влаги и пыли в воз,душный зазор между модулируацим и 351 считывающим элементами. Поэтому преобразователь не нуждается в герметизации и беспылевой технологии сборки. Температура окружающей среды воздействует на электрические парамет - 40 е 262я 2 и 3 0,02 4400 и разрешающую способность по перемещению модулируоцего элемента йЬ(Ч) = .ц;-= 6 мкм.Ь (Ч) 250ИПолученные значения разрешающейспособности практически недостижимыв фоторезистивных преобразователях.1043679 И. Шелилова телева К ставите хред И Редак Н.Егорова ректор. А. Тлск илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул . Пооектная,аказ 7340/53 Тираж 706 ПодписнВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5