Преобразователь угла поворота вала в код

СОЮЗ СОВЕТСНИХшиаапнешикРЕСПУБЛИН е а 159 С 08 6 ПИСАН БРЕТЕН ЕЛЬ СТВ излучат соедине вывод в с базой димости оро второго зи узла ра эмиттер потенци ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРелАм изОБРетений и отнРытий АВТОРСКОМУ СВОД(71) Днепропетровский металлургический институт им. Л.И. Брежнева(56) 1. Патент ГДР У 94267,кл. С 01 В 19/04, опублик. 1971.2. Механизация и автоматизацияпроизводства", 1982, 9 10, с. 20-21.3. Авторское свидетельство СССРР 478343, кл. С 08 С 9/06, 1974(прототип),(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий последовательно расположенные на оптической оси первый излучатель, кодовыйдиск и первый фотоприемник, первыйвывод которого соединен с первымвыводом первого излучателя и с шиной нулевого потенциала, а второйвывод - с базой транзистора первогоключа, коллектор которого соединен.с вторым вьводом первого излучателя,а эмиттер - с шиной питания, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения области применения преобразователя, в него введены узелразделения выходных сигналов и второй излучатель, второй фотоприемник,второй ключ на транзисторе обратнойпроводимости, первые вьводы второго ля и второго фотоприемника ы с шиной питания, второй орого фотоприемника соедине транзистора обратной прововторого ключа, коллектор соединен с вторым выводом излучателя, с коллектором ора первого ключа и с входо деления выходных сигналов,а соединен с шиной нулевого ла. 2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что узел разделения выходных сигналов содержит два амплитудных дискриминатора, .Рходы которых соединены с входомузла разделения выходных сигналов, два элемента задержки и два элемента И, выход первого амплитудного дискриминатора непосредственно и через первый элемент задержки соединен с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго амплитудного дискриминатора непосредственно и через второй элемент задержки соединен с вторыми входами соответственно второго и первого элементов И.3. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что фотоприемники и соответствующие им излучатели расположены в плоскости кодового диска с возможностьюпоочередного перекрытия соответствующих оптических осей.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, требующих измерения числа оборотов и определения направления вращения, например, в счетчиках расхода элек" троэнергии, системах управления вращением валков прокатных станов и т.д.Известен преобразователь угла по ворота вала в код, содержащий диск с пазами, управляющий тремя фотопарами (лампа накаливания - фото- транзистор), три триггера, формирователь импульсов, элемент ИЛИ, 15 моностабильный мультивибратор и реверсивньп счетчик 1 .Этот преобразователь отличается сложностью технической реализации.Известен также преобразователь 20 угла поворота вала в код, содержащий диск с прорезями, трехканальный узел фотодатчиков и логическую схему определения направления вращения вала 2 .25Однако этот преобразователь отличается сложностью, так как его логическая схема требует применения элементов памяти (трехстабильного триггера) и анализирует последовательную смену состояний трех смещенных в плоскости диска фотодатчиков, сигналы с выходов которых по трем информационным шинам поступают в логический блок.35Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий кодовый диск, свето- излучатель, подключенныи к источникуч 40 напряжения через параллельно между собой соединенные резистор и транзистор, база которого через фотоприемник соединена с источником питающего напряжения. База транзистора45 подключена также к входу усилителя выходных сигналов 3 .Известный преобразователь имеет простую конструкцию, но может использоваться в тех случаях, когда не 50 требуется различать направление вращения (перемещения). Это сужает область применения преобразователя,Цель изобретения - расширение об- ласти применения преобразователя за 55 счет разделения выходных сигналов в зависимости от направлениявращения (перемещения). Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота нала в код, содержащий последовательно расположенные на оптической оси первый излучатель, кодовый диск и первьп фотоприемник, первый вывод которого соединен с первым выводом первого излучателя и с шиной нулевого потенциала, а второй вывод - с базой транзистора первого ключа,коллектор которого соединен с вторым выводом первого излучателя, а эмиттер - с шиной питания, введены узел разделения выходных сигналов и второй излучатель, второй фотоприемник, второй ключ на транзисторе обратной проводимости, первые выводы второго излучателя и второго фотоприемника соединены с шиной питания, второй вывод второго фотоприемника соединен с базой транзистора обратной проводимости второго ключа, коллектор которого соединен с вторым выводом второго излучателя, с коллектором транзистора первого ключа и с входом узла разделения выходных сигналов,а эмиттер соединен с шиной нулевогр потенциала.Узел разделения выходных сигналов содержит два амплитудных дискриминатора, входы которых соединены с входом узла разделения выходных сигналов, два элемента задержки и два элемента И, выход первого амплитудного дискриминатора непосредственно и через первый элемент задержки соединен с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго амплитудного дискриминатора непосредственно и через второй элемент задержки соединен с вторыми входами соответственно второго и первого элементов И.Фотоприемники и соответствующие им излучатели расположены в плоскости кодового диска с возможностью поочередного перекрытия соответствующих оптических осей.На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 - временные диаграммы работы преобразователя.Преобразователь угла поворотавала в код содержит кодовый диск 1,первый и второй излучатели 2 и 3,узел 4 разделения выходных сигналов,1104569 5О15 25 50 3фотоприемники 5 и 6, ключи на транзисторах 7 и 8, узел 4 разделения выходных сигналов содержит два амплитудныхдискриминатора 9 и 10, два элемента 11 и 12 задержки, два элемента И 13 и 14, излучатели 2 и 3 смещены в плоскости кодового диска на угол, при котором обеспечивается участок перекрытия зон открывания щелей их Фотоприемников 5 и 6, а напряжение П источника питания выбирается равным номинальному напряжению излучателей 2 и 3. Амплитудные дискриминаторы 9 и 10 узла 4 разделения выходных сигналов формируют выходные сигналы при достижении их входными сигналамиП уровней соответственно У и в , причем выход амплитудного дискриминатора 10 - инверсный.Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.В положении, когда кодовый диск 1 закрывает щели обоих излучателей 2 и 3, их фотоприемники 5 и 6 затемнены и ток, протекающий через базы транзисторов 7 и 8, будет минимальным, определяемым темновым током их фотоприемников 5 и 6, Транзисторы 7 и 8 закрыты, а их излучатели 2 и 3 подключены последовательно к источнику питания с напряжением Ц, благодаря чему ток излучателей 2 и 3 определяется половинным напряжениУем ( в ) источника питания приложен 21 ным к каждому излучателю, и их собственным внутренним сопротивлением.При этом с объединенных коллекторов транзисторов 7 и 8 на входы амплитудных дискриминаторов 9 и 10 узла 4 разделения выходных сигналовУпоступает потенциал - (фиг,2 а), а2так как амплитудные дискриминаторы 9 и 10 настроены на срабатывание при достижении их входными сигналамиП уровней соответственно П и в , то на выходах обоих амплитудных дискриминаторов (фиг.2 в,с) присутствуют нулевые сигналы. Следовательно, на выходах элементов И 13 и 14, а значит,и на выходных шинах (+) и (-) преобразователя сигналы отсутствуют. 30 35 40 45 55 При вращении кодового диска 1, например, по часовой стрелке в момент времени 1 (фиг.2) его пазом открывается щель излучателя 2. По мере открывания щели световой поток, падающий на Фотоприемник 5, возрастает, при этом увеличивается ток цепи базы транзистора 7, который начинает открываться. Происходит шунтирование излучателя 3, что приводит к увеличению тока излучателя 2. Возросший световой поток попадает на фотоприемник 5 и, в свою очередь, вызывает увеличение тока базы, что приводит к дальнейшему открыванию транзистора 7, шунтированию излучателя 3, возрастанию светового потока от излучателя 2 и т.д. Благодаря наличию положительной обратной связи по световому потоку ток излучателя 2 резко возрастает до номинального, а излучателя 3 - резко падает до нуля и на коллекторах обоих транзисторов 7 и 8 устанавливается нулевой потенциал (Фиг.2 а). Принято, что падение напряжения на эмиттер коллекторном переходе открытого транзистора равно нулю. При этом на выходе амппитудного дискриминатора 10 Формируется единичный сигнал(фиг.2 с), который поступает на вторые входы выходных элементов И 13 и 14, причем на элемент И 13 сигнал поступает через элемент 12 задержки. Однако на выходных шинах преобразователя сигналы не появляются, так как на первых входах элементов И 13 и 14 присутствует нуле. вой сигнал с выхода амплитудного дискриминатора 9.При дальнейшем вращении диска его диаметрально противоположным пазом в момент времени , открывается щель излучателя 3. Однако вследствие того, что он полностью шунтирован открытым транзистором 7 световой поток излучателя 3 отсутствует и состояние схемы преобразователя в этот момент времени не меняется.Дальнейшее вращение диска по часовой стрелке приводит в момент времени Г. к закрыванию щели излучазтеля 2, что обеспечивает резкое возрастание выходного сигнала с коллекторов транзисторов 7 и 8 от 0 до П (фиг,2 а) за счет того, что при затемнении фотоприемника 5 благодаря наличию положительной обратной связи по световому потоку транзис 110456930 При скачкообразном возрастании сигнала на входах амплитудных дискриминаторов 9 и 10 от 0 до значения Б, их выходные сигналы меняются на противоположные (фиг.2 в,с), а именно, на выходе амплитудного дискриминатора 9 появляется единичный, а на выходе амплитудного дискриминатора 10 - нулевой сигналы,40 Единичный сигнал с выхода амплитудного дискриминатора 9 поступает на первый вход элемента И 13, а так как в течение времени ь на его втором входе еще присутствует единичный45 сигнал с выхода элемента 12 задержки (фиг. 2 е), то на выходной шине (+) преобразователя, связанной с выходом элемента И 13, формируется единичный сигнал длительностью ь ( ь - длительность задержки единичного сигна 50 ла на выходах) элементов 11 и 12 задержки при изменении их входного сигнала из "1" в "0"Единичный сигнал с выхода амплитудного дискриминатора 9 через элемент 11 задержки поступает также на первый вход элемента И 14, однаКо на его выход не проходит, так как по втотор 7 закрывается и ток излучателя 2 резко падает . Это процесс ускоряется еще и тем, что при закрывании транзистора 7 уменьшается его шунтирующее действие на излучатель 3, что пр"водит к увеличению его светового потока. Так как к моменту времени с, щель .излучатля 3 полностью открыта диаметрально противоположным пазом кодового диска 1 и благодаря наличию положительной обратной связи по световому потоку транзистор 8 резко открывается, подключая излучатель 3 на полное напряжение источника питания и одновременно шунтируя излучатель 2. При этом выходной сигнал, снимаемый с коллекторов транзисторов 7 и 8, резко возрастает от 0 до П.Скорость изменения выходного сигнала транзисторов 7 и 8 в общем случае зависит от характеристики излучателей 2 и 3, выбора параметров транзисторов 7 и 8 и фотоприемников 5 и 6При достаточно высоком коэффициенте усиления транзистора и использовании безынерционных излучателей можно получить практически релейную выходную характеристику преобразователя. 5 10 15 20 25 РомУ входу элемент И 14 уже заблокирован нулевым сигналом с выхода амплитудного дискриминатора 10, причем появление нулевого сигнала на его выходе предшествует появлению единичного сигнала на выходе дискриминатора 9, так как уровни их срабатывания составляют соответственно - и П.2При дальнейшем вращении диска и закрывании в момент времени й 4. щели излучателя 3 процесс изменения ,тока его фотоприемника 6 протекает в обратном порядке, и транзистор 8 закрывается.Так как транзистор 7 был закрыт ранее (в момент времени е,), то излучатели 5 и 6 вновь подключаются последовательно к источнику напряжения Б и на выходной шине фотодатчиков вновь устанавливается потенциал 15- (фиг.2 а).Вращение кодового диска 1 против часовой стрелки вызывает обратный порядок работы излучателей 2 и 3 (фиг.2), причем если в рассмотренном выше случае вращения кодового диска по часовой стрелке сигнал на выходной шине излучателей 2 и 3 изменяется в последовательностиБ Б2-- О фП -2 то при вращении против часовой стрелки их выходной сигнал изменяется в последовательностиБ Б- Б - О2 Очевидно, что при изменении выходного сигнала излучателей от значения П до 0 узел 4 разделения выход ных сигналов формирует единичныйлсигнал длительностью ь на выходе элемента И 14, связанном с выходной шиной (-) преобразователя.Следовательно, при вращении диска по часовой стрелке в мдмент закрывания щели первого по ходу вращения излучателя сигнал на выходной шине транзисторов скачкообразно изменяется от О до П, а при обратном вращении - от Б до О. Эти изменения преобразуются логической схемой в импульсные сигналы на соответствующих выходных шинах преобразователяЕсли в "рабочей" зоне (зоне открывания щели одного или обоих7 1 излучателей) происходит изменение направления вращения кодового диска, то выходные импульсы либо не появляются вовсе (если реверс происходит в интервале времени от С до г, )либозпоявляется пара импульсов, прямой и обратный (если реверс происходит в интервале времени от Сдо С 4 ),что при использовании реверсивного счета исключает возможность ошибки.Если в рабочей зоне происходят многократные "колебания" кодового диска, вызываемые, например, вибрациями, а первоначальное направление вращения диска не меняется, и если эти "колебания" настолько значитель 104569ные, что перекрывают точки формирования выходных импульсов противоположных знаков, то преобразователь Формирует 3,5,7 и т.д. импульсов,при чем 2,3,4 и т.д, из них формируютсяна выходной шине, соответствующей начальному направлению вращения, что при использовании реверсивного счета также исключает возможность ошибки.Таким образом, в преобразователевыходные импульсы в зависимости от направления вращения диска формируются либона шине прямого счета ( ь) нри вращении по часовой стрелке, 5 либо на шине обратного счета (-) привращении против часовой стрелки .11045 б 9 Составитель Ю. КотовТехред А. Кикемеэей Корректор А. Тяск едактор Н. Данкулич аказ 5313/38 и Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Ьроыенце пю часпФий опрелае,3 ва аимрэпар ав/ фаайЬюююаЕ Тираж 569 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, Москва, 3-35, РаувсЬУВецае 1 ЮеиЮ Юла сеРедив Подписноеомитета СССРоткрытийая наб., д,