Преобразователь угол-код

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСГ 1 УБЛИН д 4 Н 03 М 1/26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯй АВТОРСКОМ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТЛО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГИНТ СССР(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствахавтоматики для преобразования угловыхи линейных перемещений в цифровой код.Целью изобретения является повышение Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано в устройствах автоматики для преобразования угловых и линейных перемещений в цифровой код и является усовершенствованием преобразователя по авт.св. У 580573.Цель изобретения - повьппение чувствительности и точности преобразования.На фиг. 1 показана конструкция кодового диска, разрез; на Фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - схема преобразователя; на фиг.4 - графики зависимостей уровней выходных сигналов считывающего элемента и выходного напряжения разрядного канала от угла поворота контролируемого вала801474844 А 2 чувствительности и точности преобразования угла. Для этого в преобразователь угол - код по авт.св. Ф 580573 введены генератор импульсов, источник опорного напряжения, М разрядных каналов формирования кода, а возле боковых кромок участков магнитопроводящего материала кодового диска в металлизированном покрытии выполнены радиальные прорези, Поставленная цель достигается эа счет тога, что на кодовом диске есть три зоны магнитной проницаемости, по ве.;.нчине которой разрядный канал формирования кода обеспечивает точное формирование границ квантов. 1 з.п.ф-лы, 4 ил, ае Преобразователь угол - код годержит кодовый диск 1, выполненный изэлектроиэоляционного материала 2 с рдвухсторонним металлизированным покрытием 3 (на Фиг. 1 показана однодорожечная конструкция кодового диска 1), дорожки 4 кодового диска 1заполнены магнитопроводящим (например,магнитомягким) материалом, радиальные пазы 5, входной вал б, опросныйэлемент 7, считывающий элемент 8,входную 9 и выходную 10 обмотки, разрядный канал 11 формирования кода,выполненный в виде переключателя 12, Яустройство 13 выборки-хранения (УВХ),Функциональный преобразователь 14напряжения, усилитель 15, элемент 16задержки, элемент И 17, компаратор 18,формирователь 19 импульсов, элемен(1) 35 ты И 20 и 21, триггер 22, выход 23,шину 24, токозадающий элемент 25, вы"полненный на резисторе, генератор 26импульсов, источник 27 опорного напряжения.Преобразователь работает следующимобразом,Выходные импульсы элемента 16 задержки выдаются с запаздыванием относительно времени поступления по шине 24 выходных импульсов генератора26, Величина ь, данного запаздываниявыбирается соответствующей времени,которое необходимо для изменения коммутационного состояния переключателя12, что позволяет исключить неоднозначность выборки входного напряженияУВХ 13. Длительности выходных импульсов генератора 26 и элемента 16 за Одержки одинаковы.До воздействия очередного выходного импульса элемента 16 задержки науправляющий вход переключателя 12входная ббмотка 9 через резистор 25 25электрически связана с первым выходомисточника 27. По каждому из своих выходов источник 27 выдает постоянныеоднополярные напряжения. Резистор 25и входная обмотка 9 образуют делителз 0подключенный к первому выходу источника 27, так что к выводам входнойобмотки 9 прикладывается постоянноенапряжение где У - напряжение, выдаваемое спервого выхода источника 27;- активное сопротивление.,входной обмотки 9; 40К - активное сопротивление резистора 25. В интервале времени, соответствующем длительностивыходного им 45 пульса элемента 16 задержки, переключатель 12 изменяет свое коммутационное состояние, в результате чего оба вывода входной обмотки 9 оказываются подключенными к общей шине преобразо"50 вателя, т.е. входная, обмотка 9 вво" дится в режим короткого замыкания.Следовательно, в течение времени , на входную обмотку 9 воздействует55 перепад напряжения; от уровня П до нулевого уровня.Таким образом, при периодическом поступлении на управляющий вход пере 1 ключателч 12 выходных импульсов эле" мента 16 задержки, представляющихсобой задержанные на заданное времявыходные сигналы генератора 26, вовходной обмотке формируются импульсыопроса длительности с; полярностиэтих импульсов и напряжения У пролтивоположны,Совокупность, во-первых, входной .обмотки 9 на магнитопроводе опросногоэлемента , а также выходной обмотки10 на магнитопроводе считывающегоэлемента 8 и, во-вторых, участка кодового диска 1, входящего в зазормежду торцами магнитопроводов опросного 7 и считывающего 8 элементов,образует регулируемый за счет углового положения ц кодового диска 1 трансформатор, Полярность импульсных сигналов, снимаемых с выходной обмотки10 уровень (максимальное значение)которых обозначают через Ч, , определяется ориентированием направлениянамотки ее витков, которые в преобразователе обеспечивают положительнуюполярность сигналов, формируемых ввыходной обмотке 10 в течение интервала о действия выходного импульсаэлемента 16 задержки.Рассмотрим режим работы предлагаемого преобразователя при нормальнойтемпературе среды, окружающей опросный 7 и считывающий 8 элементы.Магнитная цепь входной обмотки 9состоит из участков магнитопроводаопросного элемента 7, воздушных зазоров между торцами магнитопроводаопросного элемента 7 и кодовым диском 1, участков кодового диска 1,зазоров между кодовым диском 1 и торцами магнитопровода считывающего элемента 8, а также из участков магнитопровода считывающего элемента 8,Исходное положение кодового диска 1 (фиг. 1 и 2) соответствует егоугловой координате Ч = О. В данномположении кодового диска 1 зазорымежду противолежащими торцами магнитопроводов опросного 7 и считывающего8 элементов перекрываются лишь электроизоляционным основанием 2 (Лиг.2),относительная магнитная проницаемостькоторого практически равна единице(т,е. значению воздушной относительной магнитной проницаемости), а наличие радиальных пазов 5 устраняет возможность образования короткоэамкну-тых витков, охватывающих путь распространения по магнитной цепи входной74844 5 10 15 20 25 5 14 обмотки 9 от опросного элемента 7 к считывающему элементу 8 рабочего магнитного потока, созданного в результате формирования импульса опроса. В рассмотренном исходном положении кодового диска 1 и при нормальной температуре окружающей среды уровень Чсигнала наводимого в выходной обмотке 10 рабочим потоком магнитной цепи входной обмотки 9, равен значению 7, (Фиг. 4, точка пересечения оси ординат Ч, сплошной кривой граФика периодической Функции 7,0 ( Ч .Если кодовый диск 1 поворачивается в направлении возрастания величины с (против часовой стрелки, Фиг, 1), но угловое перемещение не превышает значения кванта с 1, т.е. О9 ( Ч , то зазоры между противолежащими торцами магнитопровсдов опросного 7 и считывающего 8 элементов заполняются магнитопроводящим материалом 4Поэтому магнитное со,противление цепи входной обмотки 9 уменьшается, и значение уровня 71 О сйгнала, наводимого в выходной обмотке 10, возрастает сравнительно со значением П (фиг, 4)г Ч,7, если 0 Ср ( с 1.Значение постоянного напряжения на втором выходе источника 27 составляет именно Ч и поэтому при Ос ( с 1 выходные импульсы-сигналы усилителя 15 (Фиг. 3), который при нормальном температурном режиме не изменяет их уровня, сравнительно с уровнем сигналов, наводимых в выходной обмотке 10, поступая на первый вход компаратора 18, вызывают появление импульсов по. - . ложительной полярности на прямом выходе компаратора 18.Двухвходовый элемент И 17, выполняющий функцию элемента задержки, пропускает на вход формирователя 19 любой выходной импульс усилителя 15, так как, во-первых, на второй вход первого элемента И 17 подано напряжение Б превосходящее уровень логической единицы, соответствующий элементам И 17, 20 и 21 и компаратору 18, а, во-вторых, параметры регулируемого трансформатора с входной 9 и выходной 10 обмотками и усилителя 1.5 выбраны такими, что даже минимальный уровень Ч,= Ч (1,5 с 1) превосходит по значению уровень логической единицы элемента И 17. Формирователь 19, запускаемый по переднему Фронту выходного сигнала перво"го элемента И 17, создает короткийимпульс опроса состояния компаратора 18. Задержка, вносимая в выдачувыходного импульса Формирователя 19при прохождении сигнала с выхода усилителя 15 через элемент И 17, относит начало опроса состояний выходо 1;компаратора 18 на момент, когда возможные переходные процессы, вызываемые в схеме компаратора 18 воздействием на его первый вход выходногоимпульса усилителя 15, оказываютсязаведомо завершенными, т.е. параметры первого элемента И 17, компаратора 18 и Формирователя 19 выбираютсятакими, чтобы задержка в выдаче Формирователем 19 импульса опроса состояния компаратора 18 оказалась неменьшей, чем задержка в установлениивыходных состояний компаратора 18 пр.;одновременном воздействии на первыевходы первого элемента И 17 и компаратора 18 выходного импульса усилителя 15. Краткость длительности выходного импульса Формирователя 19 означает то, что задний Фронт импульсаположительной полярности, снимаемогос прямого выхода компаратора 18(и соответственно задний афронт перепада напряжения с высокого на низкийуровень на инверсном выходе компаратора 18), отстает во времени от заднего Фронта выходного импульса формирователя 19, т.е. с помощью вьгходного импульса формирователя 19 состояния выходов компаратора 18 опрашиваются именно во время действия на пер 4 О вый вход компаратора 18 выходного им"пульса усилителя 15Таким образом, стробируемый импульсом пололительной полярности,снимаемым с выхода компаратора 18,45 Выходнои импульс Формирователя 19проходит через элемент И 20 и уста-.навливает триггер 22 в единичное сосостояние либо подтверждает уже до- стигнутое ранее единичное состояниетриггера 22, и с выхода 23 выдаетсяпостоянное напряжение высокого (единичного) уровня,Выдача нового выходного импульса генератора 26 обусловливает повторение описанного цикла преобразования во времени, аналогично которому происходит Формирование выходной информации при угловых положениях кодового1474844. Аналогично указанному формируютсянулевые значения кода угловых перемещений вала 6 на участках ЗЧ( 6 4 Ч;5 Чс : 6 Ч и т.д., т.е. выдача разрядным каналом .11 напряжения низкогоуровня, соответствующего логическомунулю, произвстдится при любом угловомположении (2 тп+1) Ч ( ц ( 2 (тп+1) Ч вала 6.0 Дальнейшее рассмотрение работыпреобразователя производят, полагая,что температура В среды, окружающейопросный 7 и считывающий 8 элементы,уже не поддерживается нормальной, а,напротив, может изменяться.В промежутках между выдачей импульсов с выхода элемента 16 задержки на управляющий вход переключателя12 воздействует напряжение низкого(нулевого) уровня, чему соответствует такое состояние переключателя 12,при котором с первого выхода источника 27 к последовательно соединеннымрезистору 25 и входной обмотке 9 при 5 кладывается постоянное напряжениеБ . Активное сопротивление тс резистора 25 термостабилизировано и. функ,циональную зависимость напряжений оттемпературы согласно выражению (1)определяют лишь температурные изменения активного сопротивления входной обмоткиг = г 1 +а (9 -0),где 8 - нормальная температура (принимают 6= 20 С)г - активное сопротивление входаной обмотки 9 при нормальнойтемпературе;М - температурный коэффициентсопротивления материала обмоточного провода,Итак, при отсутствии импульсовнапряжения на выходе элемента 16 задержки на вход УВХ 13 подается напряжение 11, уровень которого зависитот колебаний температуры 0 среды,окружающей опросный 7 и считывающий/8 элементы. Во время его поступленияпо шине 24 на управляющий вход УВХ 13производит выборку и запоминание своего входного напряжения, т,е. уровеньвыходного напряжения Ь, УВХ 13 становится равным величине Б 11 15 20 Поэтому уровень (максимальное зна чение) импульсного сигнала, наводимого при. угловом положении Ч.с ц2 Ч кодового диска 1 в вьмодной обмотке 10 и при нормальном тепловом режиме и повторяемого усилителем 15,. не пре вышает порогового уровня Ч,; постойнного напряжения, воздействующего с второго выхода источника 27 на второй вход компаратора 18 (фиг. 3 и 4): Ч, с Ч, . При таком соотношении уров ней сигналов, поступающих на входы компаратора 18, во время действия выходного импульса усилителя 15 с прямого выхода компаратора 18 снимаетсянапряжение низкого (нулевого), а с инверсного выхода компаратора 18 - напряжение высокого (единичного) 9 ров. ня. Следовательно, выходной импульс формирователя 19 проходит в этом случае через элемент И 21, устанавливает1триггер 22 в нулевое состояние либо подтверждает наличие у триггера 22 нулевого состояния, если оно было достигнуто ранее, и участку угловых перемещений вала 6 Чсу2 Ч соответствует выдача низкого (соответству. ющего логическому нулю) уровня напряжения с выхода 23 разрядного канала 11,т = К ( - - 1 )11 иХ диска 1 2 Ч . суЗЧ; 4 Ч с Ч5 Ч и т.д. 1Таким образом, напряжение высокого уровня на выходе 23 разрядного канала 11 формируется при 2 шЧСу . (2 тп + + 1)Ч, где ш - целое число или нуль, причем, если величина кванта выража-ется в радианах, границы изменения ш определяются неравенствами 0 с тп - -Р/Ч) - 1.Когда вал 6 занимает угловое положение Ч с с2 Ч, противолежащие торцыопросного 7 и считывающего 8 элементов разделяются двухслойным металлизированным покрытйем 3, которое экранирует прохождение к считывающему элементу магнитного потока, создаваемого в магнитной цепи входной обмотки 9 при формировании описанным образом импульса опроса; эффект экранирования возникает за счет появления в слоях металлизированного покрытия 3 вихревых токов, замыкающихся вокруг пути прохождения рабочего магнитного потока через кодовый диск 1 и оказывающих на цепь входной обмотки В размагничивающее действие. Функциональный преобразователь 14является специализированным, т,е.воспроизводит функцию одного вида:,9 1474844 1 О где Х =11, Разрядного канала У = П, - выходное напряжение этом генератор 26 функционального пре- ляются общими для образователя 14; каналов 11 данной 1 5 Кп - масштабный коэффики- " модификации предла ект, определяемый па- вателя, ныходкой к Раметрами функциокаль- контролируемого ва ного преобразователя ставляет собой сов 14 и имеющий размер О яний прямых выхода ность напряжения. Лругая модифика15 Формула из о бр ет ения 30 Используя выражение (1), преобразуют (2):11 а = к Кцг - К Кп г, 1 + +(8 - 9),т. е,. величина выходного напряженияфункционального преобразователя 14пропорциональна температуре средывыносного механического узла преобразователяВоздействие напряжения П на управляющий вход усилителя 15 корректирует значение коэФфициента усиления, стабилизируя тем самым уровеньЧ, Ч, границы смены значений выходного кода разрядного канала 1(фиг4) в условиях колебаний температуры 6,Таким образом, при угловых перемещениях вала б на выходе 23 Формируется напряжение Г уровень которого на участках 2 тпс с,(2 т+1)псоответствует логической единице, ана участках (2 тп+1)ср с 2(тп+1)плогическому нулю. т.е. с выхода 23разрядного канала 11 снимается одноразрядный код угловых перемещенийвала 6,При необходимости получения и-разрядного кода угловых положений вала 6(и - целое, больше единицы) на кодо"вый диск 1 наносится маска (например,маска кода Грея), содержащая и дорожек, каждая из которых по совокупности своих конструктивных признаковполностью аналогична дорожке 4 кодового диска 1. Возле этих дорожек 4(Фиг. 1 и 2) располагается и пар опросный элемент 7 - считывающий элемент 8, причем входная 9 и выходная10 обмотки каждой д-й (11и) пары опросный элемент 7 - считывающийэлемент 8 включаются в схему соответствующего им -го разрядного канала11 формирования кода; структура ипринцип действия каждого из и такихразрядных каналов 11 полностью аналогичны структуре и принципу действия 11 (фиг, 3), Прии источник 27 яввсех п разрядныхмногоразряднойгаемого преобразоод угла поворотала которой предокупкость состов и триггеров 22.ия предлагаемого преобразователя генератора 26 импульсов не требует (а во всем остальном ока полностью идентична гредлагаемому преобразователю): опросные импульсы на вход элемента 1 б задержки иуправляющий вход УВХ 13 поступаютпо шине 24 от генератора импульсов,относящегося к другим устройствам той управляющей или измерительной системы, в состав которой входит даннаямодификация предлагаемого преобразователя, например к управляющей вычислительной машнне,1 Преобразователь угол - код по авт. св. Р 580573.о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с це",ью повьппения чувствительности и точности преобразователя, в него введены генератор импульсов, источник опорного напряжения, Ы разрядных каналов формирования кода, где М - количество разрядов преобразователя, возле боковых кромок участков магнитопроводя-.щего материала кодового диска в металлизированном покрытии вйполкены 40 Радиальные пазы, выход генератораимпульсов соединен с первыми входами, а выходы источника опорного напряжения соединены с вторыми и третьими входами разрядных каналов формирова ния кодаф входы опросных, элементовсоединены с выходами опроса, выходы считывающих элементов соединены с информациокными входами соответствующих разрядных каналов Формирования кода, а выходы разрядных каналов являются выходами преобразователя. 2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что каждый разрядный канал формирования кода выполнен в виде токозадающего элемента, элемента задержки, переключателя, фуккционалького преобразователя капряженйя, устройства выборки-хране 11 1 ч ния, усилителя, компаратора, Формирователя импульсов, трех элементов И и триггера, вход элемента задержки соединен с управляющим входом устройства выборки-хранения и является первым входом разрядного канала, выход элемента задержки соединен с управляющим входом переключателя, вход токозадающего элемента является вторым входом разрядного канала, а выход соединен с размыкающим контактом переключателя, замыкающий контакт которого соединен с общей шиной, а переключающий контакт является выходом опроса и соединен с аналоговым входом устройства выборки-хранения, выход когорого соединен через функциональный преобразователь напряжения с управляющим входом усилителя, сигнальный вход которого является информационным входом ра.зрядного канала, а выход соединен с первым входомкомпаратора и первым входом первогоэлемента И, второй вход которого соединен с вторым входом компаратораи является третьим входом разрядногоканала, выход первого элемента И соединен через формирователь импульсовс первыми входами второго и третьегоэлементов И, первый и второй выходыкомпаратора соединены с вторыми вхо дами соответственно второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с входами триггера, выход которого является выходом разрядногоканала.СССР Производственно-издательский комбинат "Патент",ужгород, ул, Гагарин Заказ ВНИИПИ 10/56 Тираж 880 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5