Преобразователь перемещения в код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУЬ ЛИК 801531221(51)4 Н 03 М 164 148 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(53) 681.3 Д 5(0888)156) Счетчик программный реверсивный ф 5007 (ТО и инструкция по эксплуатации).Вульвет Дж. Датчики в циФровых системах. М.: Энергоиздат, 1981, с. 158, рис. 6.15.Авторское свидетельство СССР У 1088045, кл. Н 03 М 1/64, 1983. 2(57) Изобретение относится к автоматике н вычислительной технике и может быть использовано в циФровых измерительных системах автоматического управления и регулирования, а также как первичный преобразователь инФормации для систем вычислительной техники. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности преобразователя. Последний содержит датчики грубого 1 и точного Д отсчетов, блоки 3 и 4 преобразования ко1531221 2 йх да в ток, блоки Ь и 10 функциональмого преобразования кодов, источник5 опорных сигналов, демодуляторы 79, аналоговый сумматор 11, блок 12выбора каналов, преобразователь 13напряжения в частоту, реверсивныйсчетчик 14, блок 16 сдвига кодов. Впреобразователь введены блок 15 определения знака рассогласования,цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)21, шина 22 опорного напряжения.Аналоговый сумматор 11 выполнен трехвходовым, а блок 16 сдвига кодов Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано в цифровых измерительных системах автоматическогоуправления и регулирования, а такжекак первичный преобразователь инЬормации для систем вычислительнойтехники, например аналого-цифровой 25преобразователь перемещение - код.Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности преобразователя.На черетеже приведена функциональная схема преобразователя.Преобразователь содержит датчик1 и 2 грубого (ГО) и точного (ТО) отсчетов, блоки 3 и 4 преобразованиякода в ток, источник 5 опорных сигналов, блок 6 функционального преобразования кодов, демодуляторы 7"9,блок 10 функционального преобразования кодов, аналоговый сумматор 11,блок 12 выбора каналов, преобразователь 13 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 14, блок 15 определения знака рассогласования, блок 16сдвига кодов, содержащий формирователи 17 и 18 счетных импульсов и делители 19 и 20 частоты, цифроаналоговый преобразователь 21, шину 22опорного напряжения, Источник 5 опорных сигналов выполнен в виде последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты (не показаны),Формирователи 17 и 18 счетных импульсов могут быть выполнены на основе блоков синхронизации и ввода55программного реверсивного счетчикаФ,Преобразователь перемещения в кодработает следующим образом. содержит формирователи 17 и 18 счетных импульсов и делители 19 и 20частоты, Предложенное построениеблока 16 сдвига кодов позволяет получить на его выходе строго линейноизменяющийся во времени код, что повышает точность преобразователя, Введение ш дополнительных младших разрядов реверсивного счетчика 14 иЦАП 21 а также наличие трехвходового сумматора 11 позволяет повыситьразрешающую способность преобразователя. 1 ил. В основе его работы заложен компенсационный принцип. Основными вход-, ными параметрами для такого преобразователя являются сигналы с датчика 2 точного отсчета, которые можно представить в виде 2106 у 111 з 1 п( + их) е 2113 = У, соз(щс + - ах),где ы - угловая частота запитки датчика;ах - преобразуемый входной параметр-перемещение (угловоеили линейное),коэффициент преобразованиядатчика,Для того, чтобы получить такой сигнал на выходе датчика 2 точного отсчета на его входные обмотки возбуждения необходимо подать два синус- но-косинусных сигнала возбуждения. Обеспечивается это следующим образом. Линейно изменяющийся во времени код с выхода и разрядов делителя источника 5 опорных сигналов попадает на блок 6 функционального преобразования кодов, На одном выходе этого блока формируется код, изменяющийся во времени не линейно, а по закону синуса, а на другом его выходе - по закону косинуса. Преобразователь код - ток 3 формирует на своих выходах два ступенчато изменяющихся во времени по закону синуса и косинуса сигнала возбуждения датчика. Импульсы Г с выхода генератора импульсов источника 5 опорных сигналов через формирователь 17 счетных импульсов5 15поступают на тактовый вход делителя19 частоты, а импульсы й с выхода(и - 1 - Е) разряда источника 5 опорных сигналов через формирователь 18поступают на тактовый вход делителя20 частоты, где и - число разрядовдля точного отсчета (ТО); 1 - числоразрядов для грубого отсчета (ГО);1 - число разрядов для согласованиякодов ТО и ГО,При отсутствии командных сигналовна входе Б формирователя 17(18) счетных импульсов с выхода реверсивногосчетчика 14 независимо от состоянияее знакового входа В, тактовые импульсы на выходе формирователя счетных импульсов идентичны тактовымимпульсам на его входе А. При наличиикомандных импульсов Б в зависимостиот состояния знакового входа В формирователя к тактовой последовательности ее входных импульсов А добавляются дополнительные тактовые импульсы (если на знаковом входе Вплюс), либо частично блокируются (если на знаковом входе минус). Числодобавляемых или блокируемых импульсов равно числу поступивших командных импульсов по входу Б.Один раз эа период опорного напряжения датчиков 1 и 2 в момент появления О-го импульса переноса счетчика источника 5 опорных сигналов,последний поступает на входы управления параллельной записью делителей19 и 20. При этом в делитель 19 записывается код с выходов младшихразрядов с (ш + 1) по и реверсивного счетчика 14, соответствующийчасти кода ТО,а в делитель 20 - свыходов стараих разрядов с ш + и -1 + 1 по ш + п + 1 реверсивного счетчика 14, соответствующий части кодаГО, где я - число младших раэядов вконтуре с ЦАП 21.На выходе делителя 19 и соответственно на группе выходов блока 16сдвига кодов образуется строго линейно изменяющийся во времени код, аналогичный коду с группы выходов источника 5 опорных сигналов, но момент равенства нулю этого кода отстоит вовремени от момента равенства нулюкода счетчика источника 5 опорных1 сигналов на время ДС = Т Я о, где Т -период тактовой частоты 1, И - чис.ло в старших разрядах реверсивногосчетчика 14. Таким образом, предла 3юг 2-- сов(2 ые + - дх- со дс), 2 х 30 а на выходе другого демодулятора 9,2,0 0 сов(ый + - дх) совы(й Оа 2 35 - дС) = - сов( - дх -йудит) + 2 х+ - сов(2 сде + - дх -Мд), (3) 2 х Полученные сигналы Цгт и Нп 1 40 поступают на два входа аналогового сумматора 1 1, на третий вход которого поступает сигнал с дополнительного контура, образованного младшими ш разрядами реверсивного счетчика 14 и 45 ЦАП 21, что позволяет повысить разрешающую способность преобразователя.На выходе цифроаналогового преобразователя 21 формируется сигнал О, постоянного тока, равный50 о и, и где 11 о - опорный сигнал;Н - число, записанное в щ младших разрядах реверсивногосчетчика 14.После сложения аналоговым сумматором 11 трех сигналов 0 0 и Ба 55 31221 6гаемое построение блока 16 сдвига кодов позволяет полностью устранитьискажения при фиксированном во времени сдвиге кодов и, в конечном счете, избавиться от погрешностей преобразования, функционально связанныхс выходным кодом, т.е, числом в реверсивном счетчике 14.1 ОКод с группы выходов блока 16 сдвига кодов поступает в блок 10 функционального преобразования кодов, который формирует два кода - синусный икосинусный. Эти коды поступают нацифровые входы демодуляторов 8 и 9точного отсчета, Демодуляторы 8 и 9осуществляют перемножение сигналовс датчика 2 точного отсчета на синусный и косинусный коды. В результатетакого перемножения на выходе одногодемодулятора 8 получается сигнална выходе сумматора получается сигналпостоянного тока, равный От, = Оз соз( - Ьх -МЬС) + УоКЛ2 ехо в 5 2 ю0 з 1 п(- -- Ь х +сдаС) + 2 х(4) 11 о 11 в ф Этот сигнал постоянного тока поступает на блок 12 выбора каналов. На другой вход этого блока приходит так же сигнал постоянного тока У , но определяемый датчиком 1 грубого отсчета, который эапитывается аналогично датчику 2 точного отсчета с помощью преобразователя 4 код - ток. 2 О Блок 12 выбора каналов работает так, что при непревышении напряжения У г на его входе, связанном с демодулятором 7 грубого отсчета, определенного порогового уровня на выход, проходит только сигнал о . В зависимости от полярности сигнала У блок 15 определения знака рассогласования выдает сигнал логической единицы или логического нуля, который определяет 30 направление счета реверсивного счетчика 14 и режим работы (сложение или вычитание) Формирователей 17 и 18 в блоке 16 сдвига кодов. Появление на входе преобразователя 13 напряжения в частоту сигнала 0 приводит к образованию на его выходе последовательности импульсов. Эти импульсы подсчитываются реверсивным счетчиком 14, в Результате чего число н, произволь 4 Оно записанное в нем в момент включения преобразователя, начинает либо увеличиваться, либо уменьшаться. Появляющиеся на выходе ш-го и (ш + и -- к)-го разрядов счетчика 14 импуль сы поступают на командные входы Б формирователей 17 и 18 соответственно. В результате в зависимости от состояния знакового входа В Формирователя 17 к тактовой последовательности А импульсов добавляются дополнительные тактовые импульсы с часто-. той ш-го разряда счетчика 14 либо наоборот, некоторые так 1 овые импульсы аналогичным образом блокируются. Число добавленных, либо заблокиро 55 ванных тактовых импульсов соответствует числу командных импульсов с выхода в-го разряда реверсивного счет чика 14. Поэтому параметр Ьс(с) кода на выходе делителя 19 также начинает изменяться в точном соответствии с изменением числа 11 (с) в реверсивном счетчике 14, начиная с (в+1) разряда по старший. Причем это обеспечивается двумя путями: непрерывно эа счет 1 работы Формирователя 17 счетных импульсов и один Раэ эа период запитки датчиков 1 и 2 путем параллельной записи по приходу импульса О переполнения счетчика источника 5.Таким образом, в отличие от известного, предлагаемое построение блока сдвига кодов и его связи с дру гимн элементами преобразователя позволяют получить изменяющийся во времени сдвиг кодов без внесения искажений и в точном соответствии с изменением числа И (с) в реверсивном счетчике, чем достигается полное исключение погрешности преобразования, функционально связанной с выходным кодом, т.е, числом И (С) в реверсивном счетчике.Преобразователь построен так, что изменение М(с) приводит к уменьшению напряжения 0 . Если параметр Ьх не меняется, то через определенный момент времени напряжение 0станет равным, точнее близким, к нулю и процесс согласования преобразователя заканчивается. При этом, как видно из выражения (4) имеет место равен- ство Ьх Т 0 К и - М + К х Т с 2 Ц "е(5) Тгде Яс ЯтБ, - число в ш младших разрядахсчетчика 14;2Т - период частоты эапитЫки датчиков; Тт - период тактовых импульсовточного отсчета.Если напряжение 0 выбрано из ус- ловия то выражение (5) записывают в виде Т 2 ьх -Т х Югде П 9 1531221общее число в реверсивном Формула изобретения счетчике,Как видно из выражения (6) число И в реверсивном счетчике 14 проспорционально преобразуемому перемещению ах,Если в дальнейшем преобразуемое перемещение ах изменяется во времени, то преобразователь компенсирует зто изменение, т.е. число И меняетс ся вслед эа этим изменением в соответствии с выражением (6). 1 О 15Как видно из выражения (6) разрешающая способчость предлагаемого преобразователя в 2 раз больше, чем у известного. Этим достигается снижение в 2 раэ погрешности преобразования, связанной с квантованием преобразуемой величины по уровню.Для устранения грубых ошибок преобразования перемещений, т.е. больших, чем величина периода точного 25 отсчета при включении преобразователя, а также при возникновении сбоев в процессе его работы служит датчик 1 грубого отсчета и демодулятор 7, на цифровой Фход которого 30 поступает код с выхода делителя 20 блока 16 сдвига кодов. При наличии большого рассогласования, имеющего место в указанных вьпде случаях, с выходадемодулятора 7 грубого отсчета на вход блока 12 выбора каналов поступает сигнал 0 постоянного тока, превышающий установленный порог нечувствительности. В этом случае на выходе блока 12 выбора каналов возни кает сигнал К С (К - коэффициент усиления блока) независимо от сигнала Ут, поступающего с сумматора 11.Этот сигнал вызывает появление на выходе преобразователя 13 напряжения 45 в частоту импульсов и, соответственно, изменение числа И в реверсивном счетчике 14. Возникающие на выходе (ш,+ и - к)-го и ш-го разрядов реверсивного счетчика 14, импульсы поступают на входы Б обоих Формирователей 18 и 17 соответственно. В результате параметр ЮТ делителя 20 меняется до тех пор, пока сигнал 11 с выхода демодулятора 7 не уменьшается ниж по 55 рогового уровня, После этого включается точный отсчет, работа которого описана выше, после чего происходит полное согласование преобразователя. Преобразователь перемещения в код, содержащий датчики точного и грубого отсчетов, источник опорных сигналов, одна группа выходов которого соединена с входами первого блока функционального преобразования кодов, выходы которого через первый и второй преобразователи кода в ток соединены соответственно с входами датчиков грубого и точного отсчетов, выходы датчика грубого отсчета соединены с первым и вторым входами демодулятора грубого отсчета, третий вход которого подключен к вьмоду блока сдвига кодов, а выход соединен с первым входом блока выбора каналов, выход которого через преобразователь напряжения в частоту подключен к счетному входу реверсивного счетчика, выходы которого являются выходами преобразователя, выходы старших разрядов реверсивного счетчика с (ш + 1)-го, где ш - натуральное число, по последний соединены с первой группой входов блока сдвига кодов, две группы выходов второго блока Функционального преобразования кодов подключены к цифровым входам соответственно первого и второго демодуляторов точного отсчета, аналоговые входы которых подключены к первому и второму выходам датчика точного отсчета соответственно, а выходы соединены с первым и вторым входами аналогового сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока выбора каналов, выход (и - 1 - 1 с)-го разряда группы выходов источника опорных сигналов соединен с первым входом блока сдвига кодов, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности преобразователя, в него введены шина опорного напряжения, блок определения знака рассогласования и цифроаналоговый преобразователь, аналоговый сумматор выполнен с тремя входами, а блок сдвига кодов выполнен на двух Формирователях счетных импульсов и двух делителях частоты, выход первогО из которых является выходом блока, установочные входы первого и второго делителей частоты блока сдвига кодов являются соответственно с (щ + и - 1 с + 1) по н + и + + 1 разрядами и с в + 1 по ш + и2 1531221 Составитель М.СидороваРедактор Г.Волкова Техред Д,Сердюкова Корректор С.Черни Заказ 7966/56 Тираа 884 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.уагород, ул. Гагарина, 101 разрядами группы входов блока сдвигакодов, тактовый вход первого Формирователя счетных импульсов являетсяпервым входом блока, а его знаковыйвход еоединен со знаковым входом второго формирователя счетных импульсови является вторым входом блока, входуправления первого делителя частотысоединен с входом управления второгоделителя частоты и является третьимвходом блока, тактовый вход второгоформирователя счетных импульсов является четвертым входом блока, (а + и - Е)-й и в-й разряды группы входовблока соединены с командными входамисоответственно первого и второгоформирователей счетных импульсов блока, выходы Формирователей счетных импульсов блока соединены со счетнымивходами одноименных делителей частоты, выходы второго делителя частотыявляются группой выходов блока сдвига кодов, которая соединена с входами второго блока Функциональногопреобразования кодов, один и другойвыходы источника опорных сигналовсоединены с третьим и четвертым вхо"дами блока сдвига кодов соответственно, щ младаих разрядов реверсивного10счетчика соединены с цифровьии входами цифроаналогового преобразователя,аналоговый вход которого соединен свиной опорного напряжения, а выход15соединен с третьим входом аналоговогосумматора, выход блока выбора каналовчерез блок определения знака рассог-,ласования соединен со знаковым входомреверсивного счетчика и вторым входомблока сдвига кодов,20