Преобразователь угла поворота вала в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 51)4 Н 0 ТЕНИЯ время ь реж уется в ительно торои регулнастройки.стройки и р а ия выбира жима изм ески жд елями ч ущим мультивибратоты, элемени источниками ся автомат тором, дел тами И, ко а атор зависимости о порного напряжения Сй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ И ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева(56) Авторское свидетельство СССР Р 305500, кл, С 08 С 9/00, 1970,Авторское свидетельство СССР Ф 903928, кл. С 08 С 9/00, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение относится к области робототехники и измерительной техники и может быть использовано для автоматизации производственных процессов, Целью изобретения является повышение точности и упрощение настройки преобразователя. Для этого в преобразователь, содержащий источник сигнала несущей частоты, первичный преобразователь, первый фазометр, первый избирательный фильтр, введены десять ключеи, четыре компарато три источника опорного напряжения,два интегратора, две оптронные пары,двухполупериодный выпрямитель, второй избирательный фильтр, фильтр низких частот, второй фазометр, четыределителя частоты, пять элементов И,пять элементов НЕ, два элемента ИЛИ,триггер, ждущий мультивибратор, Повышение точности и упрощение настройкипреобразователя достигается за счетпериодического контроля фазовой характеристики первого и второго избирательных фильтров, одним из элементов которого является оптоэлектронная пара, величина сопротивления коеличины рассогласования азавых характеристик избирательных филь1 з,п. ф-лы, 1 ил.20 Этот сигнал Ц(г) и сигнал Ц,с. первого выхода источника 1 поступают на входы Фазометра 5, измеряющего разность их фаз, т.е. определяющего величину углового перемещения х, Дпя устранения погрешности, вносимой впроцесс измерения избира. - тельным Фильтром 3, устройство содер жит два идентичных измерительных каУстройство относится к робототехнике и измерительной технике и можетбыть использовано для автоматизациипроизводственных процессов,Целью изобретения является повышение точности и упрощение настройкипреобразователя,На чертеже приведена схема преобразования угла поворота вала в напряжение. ОПреобразователь содержит источниксигналов несущей частоты, первичный преобразователь 2, выполненныйв виде СКВТ, избирательные фильтры3 и 4, Фазометры 5 и 6, интеграторы 7-9, оптронные пары 1 О и 11, двухполупериодный выпрямитель 12, однополупериодный выпрямитель 13, компараторы 14-18, элементы НЕ 9-23,элементы И 24-28, источники 9-32опорного напряжения, фильтр 33 низких частот, делители 34-38 частоты,элемент ИЛИ 39, триггер 40, ждущиемультивибраторы 41 и 42, мультивибратор 43, ключи 44-53, элементИЛИ 54.Преобразователь работает следующим образом.Сигналы несущей частоты 1(е) иЦ, Форма которых может быть импульсной, а также синусоидальной илипилообразной, поступают с источника1 питания на входы преобразователя2 на синус-косинусные обмотки статора СКВТ, С этих обмоток они трансформируются на измерительную обмотку ротора с коэффициентом трансформации, пропорциональным згпх и созкгде х - угол поворота ротора, т,е.умножаются на указанные величины. 40Сигнал с измерительной обмотки ротора СКВТ, пройдя ключ 44, поступаетна избирательный фильтр 3. ПослеФильтра 3 сигнал принимает видЦ (г) : А з 1 п(1 + х)где- несущая частота,А - амплитудное значение сигнала Б,(е), определяемое параметрами Фильтра 3. нала, поочередно работающих в режиме измерения и настройки.В момент включения преобразователя источник 3 опорного напряжениявырабатывает напряжение, которое поступает на интегратор 9. С выхода интегратора 9 линейно нарастающее напряжение поступает на вход компаратора 18 и сравнивается с пороговымзначением напряжения компаратора 18.Через некоторое время после включения преобразователя линейно нарастающее напряжение досгигает значенияпорогового напряжения компаратора 18,заданного параметрами элементов схемы компаратора 18. Б момент достижения равенства названных напряженийвыходное напряжение компаратора 8скачкообразно изменяется. Это скачкообразное изменение напряжения запускает ждущий мультивибратор 42, который в результате генерирует импульс установки в ноль, поступающийна второй вхоц делителя 38 частоты,Импульсы мультивибратора 43 генерируют прямоугольые импульсы, которыепосле выпрямления однополупериоднымвыпрямителем 13, поступают на информационый вход делителя 38 частоты,напряжения на выходах которого сдвинуты друг относительно друга на. четверть периода и имеют прямоугольнуюФорму. Сдвиг по Фазе поддерживаетсястрого равным четверти периода автоматически, независимо от вероятного изменения частсты мультивибратора43,В момент включения триггер 40 устанавливается, например, в единичное состояние, тем самым он переводит в режим измерения первый канал, состоящий из блоков 44, 46, 3, 5, 48, 7, 10, 50, 52, и переводит в режим настройки второй идентичный канал, состоящий из блоков 45, 47, 4, 6, 49, 8911551953.слитриггер 40 вмомент начала включения установится в ноль, то режимы работы названных каналов изменяются на противоположные. Логическая единица с выхода триггера 40 закрывает ключи 46, 48, 52 и инвертируется элементом НЕ 23. Логи.ческий ноль с выхода элемента НЕ 23 открывает ключи 44 и 45, Выходной сигнал преобразователя 2 проходит через открытый клкч 44 на вход избира.тельного фильтра 3, и, как указывалось вьппе, пройдя избирательныйфильтр 3, поступает на первый входфазометра 5. На втором входе фазометра 5 действует сигнал с первоговыхода источника 1 сигналов несущейчастоты. Выходное напряжение Фазометра 5 пропорционально разности Фазвходных напряжений. Через открыть 1 йключ 50 оно поступает на выхоц преобразователя,В это же время происходит настройка второго канала, а именно настройка избирательного фильтра 4 начастоту сигналов источника 1 сигналов несущей частоты. Настройка происходит следующим образом: единичный 15сигнал с выхода триггера 40 закрывает ключи 45, 51, а логический ноль свыхода элемента НЕ 23 открывает клю чи 47, 49, 53. В результате этого сиг- .нал с выхода источника 1 сигналов несущей частоты через открытый ключ47 поступает на вход избирательного фильтра 4, выходной сигнал которого поступает на первый вход Фазометра 6, на втором входе которогодействует названный сигнал с первоговыхода источника 1 сигналов несущейчастоты. Вследствие неточности начальной настройки на резонансную частоту фильтра 4 и температурных воз в 30действий Фильтр 4 вносит Фазонуюпогрешность при прохожцении черезнего назнанного сигнала. В результате на выходе Фазометра 6 имеетместо нулевой сигнал. Этот сигнал,пройдя открытый ключ 49, интегрируется в интеграторе 8 с запоминанием. Выходной сигнал интегратора 8поступает на вход оптронной пары 11,выполненной на светодиоде и фоторезисторе, Фоторезистор оптроннойпары 11 является задающим резистором частотно зависимой цепи избирательного фильтра 4. Значение сопротивления этого резистора однозначноопределяет резонансную частотуфильтра 4,1Таким образом, выходное напряжение интегратора 8 определяет . резонансную частоту фильтра 4. Выходноенапряжение интегратора 8 будет изменяться и изменять резонансную частоту фильтра 4 до тех пор, пока навходе его не будет действовать нулевое напряжение, т,е. ныходное на-.пряжение фазометра 6 станет равнымнулю. А нулевое выходное напряжениеФаэометра 6 означает, в свою очередь,что фильтр 4 настроен на резонансную частоту, точно равную частоте сигналов источника 1 сигналов несущей частоть 1, т.е. при последующем измерении избирательный фильтр 4 не будет вносить погрешность.В процессе настройки ненулевое выходное напряжение Фазометра 6 через открь 1 тый ключ 53 поступает на вход двухполупериодного выпрямителя 12. Выходное напряжение выпрямителя сравнивается с нулем в компараторе 14, выходное нулевое напряжение которого соответствуетненулевому напряжению фазометра 6. Напряжение "1" на выходе компаратора 14 соответствует нулевому напряжению на выходе фазометра 6. Выходное напряжение компаратора 1 4 инвертируется элементом НЕ 19 и поступает на вход элемента И 24. На втором входе элемента И 24 действует логическая единица, поступающая с выхода элемента ИЛИ 54, В процессе настройки при ненулевом выходном напряжении фазометра 6 на выхоце элемента НЕ 9 действует логическая единица, и на выходе элемента 24 поэтому также действует логичес- кая единица. После настройки фильтра 4 выходкой сигнал Фаэометра 6 становится нулевым, и на выходе элемента НЕ 19 вместо единицы начинает действовать логический ноль. На выходе элемента И 24 логическая единица меняется на логический ноль. Эта смена индицирует окончание настройки второго канала и готовность его к началу измерения, а время действия названной логической единицы оказывается равным времени настройки канала. Перемена режима работы каналов могла бы осуществляться сразу после окончания настройки второго канала, однако для снижения энергопотребления, значительно возрастающего при переключении каналов из-за переходных процессов, целесообразным оказывается производить переключение в зависимости от длительности настройки каналов. Если время настройки мало это означает, что из-за внешних воздействий избирательные фильтры 3 и 4 расстраиваются мало, и поэтому перек" лючение режимов работы можно производить через больший интервал времени, Если же время настройки большое - это означает, что из-за внешних воздействий избирательные Фильтры 3 ирасстраиваются значительно, и поэтому переключение режимов работы необходимо производить чаще, для своевременной компенсации внешних воздействий. Для осуществления вьппеизложенного выходной единичный импульс элемента И 24, длительность которого равна вре- О мени настройки, усредняется фильтром 33 низких частот, уровень выходного напряжения которого пропорционален времени настройки, Это напряжение сравнивается в компараторах 15-17 с уровнями напряжений-заставок,поступающих на компараторы 15-17, с источников 29-31 опорных напряжений. Значений трех названных уровней напряжений-заставок определяют четыре интервала, соответствующие различным необходимым частотам переключения каналов иэ режима измерения в.режим настройки, значения которых выб"- раны в зависимости от уровня интенсивности внешних воздействий. А имен - но чем больше внешнее воздействие, . тем больше расстройка избирательных фильтров 3 и 4, больше время настройки и тем больше выбирается частота переключения режимов работы. Импульсы четырех названных частот действуют на выходах делителей 34-37 частоты и поступают на четвертые входы четырехвходовых элементов И 2535 28 соответственно, Если на остальных трех входах какого-либо из элементов И 25-28 будут присутствовать логические единицы, то импульсы с выхода соответствующего делителя 34-37 часЩ) тоты пройдут через один из элементов И 25 - 28, а затем через элемент ИПИ 39 и зацним фронтом переключат триггер 40, что приведет к переключению режима работы каналов.Выбор частот переключения осуществляется следующим образом: уровеньнапряжения источника 30 меньше уровня напряжения источника 29, а уровень напряжения источника 31 меньше уровня напряжения источника ЗО. Если выходное напряжение с фильтра 33больше уровня напряжения источника29 опорного напряжения, т.е. имеет место самое длительное время настройки, то на выходах компараторов 15-17 будут высокие потенциалы выходныхнапряжений - логические единицы. Эти три логические единицы поступают на три вышеназванных остальных входа элемента И 25, в результате элемент И 25 пропускает импульсы с делителя 34 частоты, и триггер 40 будет пе - реключаться с максимальной частотой. Если выходное напряжение с фильтра 33 меньше порога срабатывания компаратора 15, но больше порога срабатывания компараторов 6 и 17, то на выходе компаратора 15 будет логический ноль, а на выходах компарато - ров 16 и 17 - логическая единица. В результате на три входа элемента И 26 поступают три логические единицы, поскольку логический ноль с компаратора 15 инвертируется элементом НЕ 20. В результате через элемент И 26 будут проходить на элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 35 частоты, имеющие меньшую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через больший интервал времени, Через элемент И 25 импульсы сделителя 34 частоты не пройдут, таккак на ее первом входе будет действовать логический ноль с выхода компаратора 15. Элементы И 27 и 28 также не пропустят импульсы делителей 36, 37 частоты, так как на их входах будут действовать инвертированные элементами НЕ 21 и 22 логическиеединицы с выходов компараторов 16 и17, Если выходное напряжение с фильтра 33 меньше порога срабатывания компаратора 16, но больше порога срабатывания компаратара 7, то на выходе компараторов 15 и 6 будут логическиенули, а на выходе компаратора 17 логическая единица В результате на остальные вьппеназванные три входа элемента И 27 поступают три логическиеединицы, поскольку логические нули скомпараторов 15 и 6 инвертируютсяэлементами НЕ 20 и 21. В результатечерез элемент И 27 будут проходитьна элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 36 частоты, имеющие еще болееменьшую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через ещебольший интервал времени. Через элементы И 25 и 26 импульсы с делителей 34, 35 частоты не пройдут, так как на их входах действуют логичес-" кие нули с компаратороя 15 и 16.Элемент И 28 не пропустит импульсы делителя 37 частоты так как на его входе будет действовать инвертированная ч.ментом НЕ 22 логическая еди 1251331ница с выхода компаратора 17. Если выходное напряжение с фильтра 33 мень. ше порога срабатывания компаратора 17, то на выходах компараторов 15-17 будут логические нули, в результате на три входа элемента И 28 поступают три логические единицы, поскольку логические нули с компараторов 5-17 инвертируются элементами НЕ 20-22. В 1 О результате через элемент И 28 будут проходить на элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 37 частоты, имеющие самую малую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через самый боль шой интервал времени. Через элементы И 25-27 импульсы с делителей 34-Зб частоты не пройдут, так как на их входах будет действовать логический нуль с выхода компаратора 17. 20На параллельно соединенные вторые входы делителей 34-37 частоты поступают импульсы с выхода однополупериодного выпрямителя 13.В момент переключения каналов из режима измерения в режим настройки ждущий мультивибратор 41, запускаемый задним или передним фронтом выходного сигнала триггера 40, уста 30 навливает в нулевое исходное состояние триггеры дели телей 34-37 часто ты.Формула изобретения1. Преобразователь угла поворотавала в напряжение, содержащий источник сигналов несущей частоты, первыйи второй выходы которого подключенык входам первичного преобразователя,первый избирательный фильтр, выходкоторого соединен с первым входомпервого Фазометра, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности и упрощения настройки.преобразователя, в него введены десять ключей, четыре компаратора, триисточника опорного напряжения, дваинтегратора, две оптронные пары,двухполупериодный выпрямитель, второйизбирательный Фильтр, Фильтр низкихчастот, второй фазометр, четыре делителя частоты, пять элементов И,пять элементов НЕ, два элемента ИЛИ,триггер, ждущий мультивибратор, выход первичного преобразователя черезпервый ключ соединен с первым входомпервого избирательного фильтра, а через второй ключ - с первым входом второго избирательного Фильтра, первый выход источника сигналов несущей частоты соединен через третийключ с первым входом первого избирательного фильтра, а через четвертью ключ - с первым входом второгоизбирательного фильтра, выход второго избирательного фильтра подключен к первому входу второго фазометра, первый выход источника сигналов несущей частоты соединен свторыми входами первого и второгофазометров, выход первого фазометрачерез последовательно соединенныепятый ключ, первый интегратор и первую оптронную пару подключен к,второму входу первого избирательногофильтра, выход второго фазометрачерез последовательно соединенныешестой ключ, второй интегратор ивторую оптронную пару подключен квторому входу второго избирательного Фильтра, выходы первого и второго Фазометров соединены с первымивходами соответственно седьмого ивосьлюго ключей, выходы которых объединены и являются выходом преобразователя, вход девятого ключа соедшен с выходом первого фазометра,а выход подключен к входу двухполупериодного выпрямителя, выход которого через последовательно соединенные первый компаратор и первый элемент НЕ соединен с первым входомпервого элемента И, второй вход которого подключен к выходу первогоэлемента ИЛИ, а выход подключен квходу фильтра низкой частоты, выходкоторого соединен с первыми входамивторого, третьего и четвертого компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответственно пер.вого, второго и третьего источниковопорного напряжения, выход второгокомпаратора соединен с первым входомвторого элемента И, а через второйэлемент НЕ - с первыми входами третьего, четвертого и пятого элементовИ, выход третьего компаратора соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, а через третийэлемент НЕ - с вторыми входали четвертого и пятого элементов И, выходчетвертого компаратора соединен стретьими входами второго, третьегои четвертого элементов И,ачерез четвертый инвертор - с третьим входомпятого элемента И, выход ждущего10 1251331 Составитель А. Сидоренкоедактор Н.Спободяник Техред Л.Сердюкова КоРРектор М,Самборска Тираж 81 брственного комитзобретений и отка, Ж, Раушска 6/58ВНИИПИ Госупо делам113035, Иос Подпи снота СССРытийнаб., д, 4/5 каз оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 мультивибратора подключен к первымвходам первого, второго, третьегои четвертого делителей частоты, выходы которых соединены с четвертымивходами соответственно второго, третьего,четвертого ипятого элементов И,выходы которых подключены к входамвторого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера, выход которого соединен с. управляющимивходами второго, третьего, пятого,восьмого, девятого ключей и ждущегомультивибратора, первым входом первого элемента ИЛИ и с входом пятогоэлемента НЕ, выход которого соединенс управляющими входами первого, четвертого, шестого, седьмого и десятого ключей и вторым входом первогоэлемента ИЛИ, выход второго фазометра соединен через десятый ключ свходом двухполупериодного выпрямителя, третий выход источника сигнала несущей частоты ссединен с вторымивходами первого, второго, третьегои четвертого делителей частоты.2. Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что источник сигналов несущей частоты выполнен в виде источника опорного напряжения, интегратора, компаратора, О ждущего мультивибратора, мультивибратора, однополупериодного выпрямителя, делителя частоты, выход источника опорного напряжения соединенчерез последовательно соединенные интегратор, компаратор, ждуший мультивибратор с первым входом делителячастоты, выход мультивибратора соединен через однополупериодный выпрямитель с вторым входом делителя час тоты, выходы которого являются первым и вторым выходами источника, выход однополупериодного выгрямителяявляется третьим выходом источника,