Преобразователь угла поворота вала в код

(51)М, Кл,С 08 С 9/04 УЬеударотюиый комитет СССР во далай изобретений и отирытийДата опубликования описания 25,09.81(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Преобразователь относится к преобразователям угловых перемещений вцифровой код и может быть использованв измерительной технике и автоматике.Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно включенные генератор опорного напряжения, фазорасщепитель, синусно-косинусный поворотный трансформатор и преобразователь Фаза-код 11,Недостатком этого преобразователяявляется прямая зависимость точностипреобразователя от фазовой нестабильности частотно-зависимых элементов,установленных в измерительной цепипреобразователя, что обуславливаетповышенные требования к фазавой стабильности элементов фазорасщепителяи преобразователя Фаза-код,Кроме того, так как точность преобразователя Фаза-код уменьшается приповышении частоты напряжения запиткисинусно-косинусного вращающегосятрансформатора И:КВТ), то в рассматриваемом преобразователе эапитка статорных обмоток СКВТ производится напряжением низкой частоты, что снижает быстродействие и точность преобразователя в динамике.5Известен также преобразователь угла поворота вала в код амплитудноготипа, содержащий последовательновключенные генератор, сйнусно-косинус Оный вращающийся трансформатор, синусно-косинусный делитель напряжения, фаэочувствительный выпрямитель,преобразователь напряжение-частота,блок управления и регистр, выходы которого соединены с соответствующими 15разрядными входами синусно-косинусного делителя напряжения.Основным условием, обеспечивающимнормальное функционирование рассматриваемого преобразователя, в частности, синусно-косинусного делителя напряжения, является наличие достаточно больших по амплитуде (порядка единиц вольт) сигналов на выходе вторич-,ных обмоток СКВТ. В этом случае уровень внутренних шумов, выбросов, помех, возникающих на выхопе синуснокосинусного делителя напряжения, имеет величину второго порядка малости и практически не оказывает влияния на точность преобразователя Г 2 1.Однако на практике большинство высокоточных СКВТ, в частности, индуктосины, редуктосины имеют малую амплитуду выходных сигналов (десятки ИЛВ), что приводит к необходимости установки на выходе вторичных обмоток СКВТ двух идентичных усилителей сигнала переменного тока. Так как неравенство коэффициентов усиления (ко-. эффициентов передач) усилителей, также как и неравенство коэффициентов передач синусного и косинусного каналов синусно-косинусного делителя на-, пряженияприводит к прямой погрешности преобразователя, что является недостатком этого преобразователя,Цель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворота вала в код.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с первиной обмоткой синусно-косинусного вращающегося трансформатора, усилитель, синусно-косинусный делитель напряжения и фазочувствительный выпрями-,ель, выход которого через последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота и блок управления соединен с входом регистра, введены второй усилитель, нуль-орган, делитель частоты, инвертор, четыре ключа, два аналоговых сумматора и двухразрядный цифровой сумматор, первая выходная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора через первый и второй ключи соответственно подключена к первым входам аналоговых сумматоров, а вторая выходная обмотка синус- но-косинусного вращающегося трансформатора через третий и четвертый клю,чи подключена соответственно ко вторым входам аналоговых сумматоров,выходы которых через усилители подключены соответственно к первому и второму входам синусно-косинусного делителя напряжения, выход которого соединен с входом фазочувствительного выпрямителя, выход генератора через нуль-орган подключен к входу делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого и третьего ключей через инвертор - к управляющим входам второго и четвертогоключей, выход делителя частоты соединен с первым входом двухразрядногосумматора, второй и третий входы которого подключены к выходам двух старших разрядов регистра, а выходы двухразрядного сумматора соединены с входами двух старших разрядов синуснокосинусного делителя напряжения, остальные входы которого подключены костальным выходам регистра.На фиг, 1 приведена структурнаясхема предлагаемого преобразователя;на фиг. 2 - эпюры сигналов на выходеэлементов преобразователя,Преобразователь содержит генератор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2 с первичной 2-1 и вторичными 2-2 обмотками,усилители 3 и 4, синусно-косинусныйделитель 5 напряжения, фазочувствительный выпрямитель б,.преобразователь 7 напряжение-частота, блок 8управления, регистр 9, нуль-орган 10,делитель 11 частоты, кпючи 12-15, инвертор б, аналоговые сумматоры 17и 8 и двухразрядный цифровой сумматор 19.Первичная 2-1 обмотка СКВТ 2 подключена к выходу генератора 1. Первая (синусная) вторичная 2-2 обмоткаСКВТ 2 через ключи 12 и 13 подключенак первым входам сумматоров 17 и 18,а вторая (косинусная) вторичная 2-2обмотка СКВТ 2 через ключи 14 и 15подключена ко вторым входам сумматоров 17 и 18. Выходы сумматоров 17и 18 через усилителя 3 и 4 подключены40к первому и второму входам синуснокосинусного делителя напряжения(СКДН 1 5,. Регистр 9 выполнен, например, в виде М-разрядного реверсивно"го счетчика, Предпоследний (Й-) разряд регистра 9 и выход делителячастоты подключены соответственно кшинам первого и второго входов первыхразрядов цифрового сумматора 19, авыход Й (старшего) разряда регистО ра 9 подключен к шине первого входавторого разряда цифрового сумматора 19, Выходы первых и вторых разрядов двухразрядного сумматора 19 подключены соответственно к входам (И-)зз и Й разрядов СКДН 5,. Остальные разрядные входы СКДН 5 подключены к соответствующим разрядным входам регистра 9.Вход делителя частоты 11 через нуль-орган 1 О подключен к выходу генератора 1, а выход делителя 11 частоты подключен к управляющим входам ключей 12 и 14 и через инвертор 16 ,к управляющим входам ключей 13 и 15.Устр"йство работает следующим образом.На выходе генератораформируется синусоидальное напряжение.О 1) с час /тотой Й , которое одновременно поступает на запитку первичной обмотки СКВТ 2 и на вход нуль-органа 10,На выходе вторичных синусной и косинусной обмоток СКВТ 2 индуктируются синусоидальные напряжения переменного тэка с амплитудамиОс 5и 00 и 0 к = 00 соЫркоторые затем через нормально-замкнутые ключи 13 и 15 или нормально-разомкнутые ключи 12 и 14 поступают соответственно через сумматоры 17 и 18 и усилители 3 и 4 ца синусцый и косинусный 1входы СКДН 5, Управление ключами 12 и 14 осуществляется прямоугольными им пульсами низкой частоты озк, поступающими на управляющие входы ключей непосредственно с выхода делителя 11 частоты, а управление ключами 13 и 15 осуществляется прямоугольными имгульсами низкой частоты озк, поступающими на управляющие входы ключей 13 и 15 через инвертор 16 (Фиг, 2.) 1Осч= ОВ 1- О, (2)где О, ОВ - сигналы, поступающиеХца первый и второй входы сумматора 17,в соответствии с (2 ) также без измецеция по фазе пропускает выходноенапряжение синусцой обмотки СКВТ 2через усилитель 3 ца сицусцый (второй) вход СКДН 5.В этом случае с учетом неравенствакоэффициентов усиления К и К усилителей 3 и 4 выходные сигналы усилите-,лей равны0 у = 00 5 пОК 1 и ОЯ = 00 КС 05 с,0или 02= О, К(1-Ф )соло, (3)где о - амплитудная погрешность,обусловленная неравенствомкоэффициентов усиления КК усилителей 3 и 4,К - Кч.МсЗа второй полупериод следованиякоммутационных импульсов низкой частоты, т.е. в течение времени - Тк 1 йТ(Фиг. 2 6) на выходе ицвертора 16сформированы прямоугольные импульсыединичной амплитуды (фиг, 2 1.) приэтом ключи 13 и 15 установлены в замкнутое положение (ключи 12 и 4 вэтом случае - разомкнуты), В этомслучае в соответствии си (2) выходное напряжение О (А 0) косинуснойобмотки СКВТ 2 через ключ 15, сумматор 17 и усилитель 3 поступает с изменением по фазе на 180 на синусный(второй) вход цифрового СКДН 5. Выходное напряжение О (10) синусцой обс,мотки СКВТ через ключ 13, сумматор 18и усилитель 4 беэ изменения по фазепоступает на косинусный (первый) входцифрового СКДН 5. С учетом (1) и (2)а также неравенства коэффициентов усиления усилителей 3 и 4 выходные сиг 40 Для формирования прямоугольных импульсов низкой частоты на вход делите- З 5ля 11 частоты поступают прямоугольные импульсы с высокой частотной Ф,которые образуются из положительныхполуволн опорного напряжения с помощью нуль-органа 10 (фиг. 2 а, 6, Ь ).Между частотой ц 30 опорного напряжения и частотой шк прямоугольных коммутационнь 1 х импульсов выполняется соотношение со= -, где2,4,За первый полупериод следованиякоммутационных импульсов низкой частоты, т.е. в течение времени О(1- Т (фиг. 2 ), когда на выходе делителя частоты 11 сформированы прямоугольные импульсы единичной амплитуды, ключи 12 и 14 установлены в замкнутое положение (при этом ключи 13и 15 находятся в разомкнутом положении) .55В этом случае выходное напряжениесинусной обмотки О (0) через замкнутый ключ 2 поступает на первый входсумматора 17, а выходное напряжение 70 6косинусной обмотки через ключ 14 поступает на второй вход сумматора 18.Сумматор 1 Р, выполненный по схеме,при которой сигнал ца выходе сумматора равенОс= Овю+(1)где 111 Ц, - сигналы, поступающие ца)1 0первый и второй входы сумматора 18,в соответствии с (1) пропускает выходное напряжение косинусной обмоткиСКВТ 2 беэ изменения по Фазе черезусилитель 4 на косццусный (первый),вход СКДН 5,Сумматор 17, выполненный ца дифФеренциальной схеме включения, прикоторой сигнал ца выходе сумматораравен(4) проходят через СКЛН 5, которыйуправляется кодом М-разрядного регистра 9.эоЗа первый полуцерцод следованиякоммутационных импульсов на второмвходе первого младшего разряда цифрового сумматора 9 находится единичный сигнал (так как сигнал на выходеделителя частоты равен единице). Вэтом случае дискретные сигналы (М)и М разрядов регистра 9, проходящиечерез цифровой сумматор 19, изменяются по модулю на единицу младшегоразряда цифрового сумматора 19 и,вследствие этого код, поступающий навход ГК,1 Н 5, отличается от кода угларегистра 9 ца единицу (Й) разоряда регистра, т.е. по углу - на 90В этом случае амплитуда выходногонапряжения СКДН 5 с учетом (3) раннаО= О,К 1 з 1 пд.,соз(ь -К(1-сФ,) сойф,илипосле преобразованийО =ОК 4 ъ 1 п (с(о -Р) - (1-ф,) сойу 1 п 53 (5)За второй полупериод следованиякоммутационных импульсов на второмвходе 1 младшего разряда цифровогосумматора 19 находится нулевой сигнал(так как сигнал на ныходе делйтелячастоты равен нулю) (фиг. 2 б ).В этом случае дискретньэе сигналы(М) и й разрядов регистра 9, проходящие через цифровой сумматор 19,не изменяются по модулю, и выходнойкод угла 9 регистра 9 без измененияпроходит на цифровой вход СКДН 5.При этом амплитуда выходного напряжения СКДН 5 с учетом (4) равна1ОС 1 цэ 4 0 "к со 5 Ар 5 П 1 ъ фО 45ф К 1(1-с)зоАосо 5 Р 3, (6)или после преобразованийОскА 44 Ор К.эви (10 Р ) 4. (1-Фс) 51 пйпсо 5 ЯВыходные напряжения (3) и (.4) переменного тока поступают в фазочунстнительный выпрямитель 6, постоянная вре 0мени которого выбирается равнойТ ( и на выходе фаэочувствифя оготельного выпрямителя 6 формируетсясигнал постоянного тока, проиорциональ-ный сумме амплитуд выходных напряжения 0 .5) и 0(6), т.е,Ъв =Р,ф Оскдм илц прис 1 о =Р О, = ОК,К р 1 п(с 1. - р ), (7)Этот сигнал, ээропорциоцальнтэй разности между измеряемьэм углом н кодом угла 1 э регистра 9, поступает через преобразователь 7 напряжение-частота вблок 8 управления,.ца выходе которого формируется управляющий сигнал,изменяющий код регистра 9 н сторонууменьшения сигнала рассогласования 17)При нулевом сигнале фазочунствительного выпрямителя 6 преобразова тель 7 и блок 8 управления отк.пючаетсяпри этом как следует из 7) код навыходе регистра 9 равен измеряемомууглу с 1.0, без учета амплитудных погрешностей усилителей 3 и 4, установленных ца выходе СКВТ 2 для усиленияего выходных сигналов,Формула изобретенияПреобразователь угла поворота вапа в код, содержащий генератор, выход которого соединен с первичной обмоткой сицусно-косинусного нрашающегося трансформатора, усилитель, синусно-косицусцый делитель напряжения и фазочувствительцый выпрямитель, выход которого через последовательно соединеццые преобразоватс пь напряжение-частота и блок управления соединен с входом регистра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, н него введены второй усилитель, нуль-орган, делитель частоты, инвертор, четыре ключа, дна аналоговых сумматора и днухраэрядцый цифровой сумматор, первая выходная обмотка синусно-косицусцого вращающегося трансформатора через первый и второй ключи соответственно подключена к первым входам аналоговых сумматоров, а вторая выходная обмотка сицусно-косинусцого вращающегося трансформатора через третий и четвертый ключи подкпючена соотнетствеццо ко вторым входам аналоговых сумматоров, выходы которых через усипители подключены соответственно к первому и второму входам сицусцо-косинусцого делителя напряжения, выход которого соединен с входом фазочувстнцтельного выпрямителя,ныход генератора через нуль-орган подключен к входу делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого и третьего9 Зб ключей, через инвертор " к управляющим входам второго и четвертого ключей, выход делителя частоты соединен с первым входом двухразрядного сумматора, второй и третий входы которого подключены к выходам двух старших разрядов регистра, а выходы двухрэзрядного сумматора соединены с входами двух старших разрядов синус" но-косинусного делителя напряжения, остальные входы которого подклю 6570 1 О чены к остальным выходам регистра.Источники и.Формации,принятые во внимание при экспертизе1. Ахметжанов А.А. и цр. Индукцн 1 1онный редуктосин. М., Энергия971, с, 48.2, Зверев А,Г. и др. Преооразонатели угловых перемещений в цифровой10 код, Л., "Энергия", 1974, с. 141-14 б,рис. 67 (прототип),Составител Техред И.АТираж 694 арственног изобретенийИРа з 8082/72 ВНИИПИ Госуд по делам 1303 з Москвал ППП Патент ,. г. Улгород, улПроектня едактор О. Черниченко ь О, Черниченкосталоа КорректорЕПодписноео комитета СССРи открытийушская наб. д. 4/54