Преобразователь угол-фаза-код

О П И С А Н И В оц 858051ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоеетскнкСоцналнстнчаскнкРеспубннн К АВТО РС МОМУ СВИДИИЛЬСТВУ(51)М. Кл. 6 08 С 9/04 Ркуаарстааннмй каннтат СССР аа делам нзабратаннй н аткрнтнйДата опублнковання оннсання 25.08.81(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ х Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в дискретный электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код с использованием фазовращателей.Известны преобразователи угол-код фазового типа, содержащие в качестве датчика угол-фаза индукционный фазовращатель, например синусно"косинусный,вращающийся трансформатор (СКВТ) или индуктосин, работающие в режиме вращающегося кругового магнитного поля, и квадратурный формирователь синусоидальных напряжений, запитывающий . датчик двумя равными по амплитуде, но сдвинутыми на 90 по фазе напряжениями И .Недостатком таких преобразователей является невысокая точность преобразования, обусловленная в основном отклонением от квадратуры питающих напряжений и ошибкой иэ-за дрейфа нуля фазы выходного напряжения датчика при действии различных дестабилизирующих факторов, напримертемпературы окружающей среды, те нологического разброса и естественногостарения электроэлементов и блоков,в том числе датчика,Наиболее близким к лредпагаемомуявляется преобразователь угол-Фазакод, содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор, целитель частоты, блок формирования синусвидального напряжения, усилителимощности,.индукционный многополюсныйфаэовращатель, формирователь импульсов, устройство управления, .арифметическое устройство. Для повышения точности работы преобразователя в него введены редуктор и подключенныек выходной обмотке фазовращателя пассивные корректирующие элементы, каждый из которых содержит регулирующееи корректирующее звенья. Регулнруеткее звено первого пассивного корректирующего элемента жестко соя;ли 1 с3 858051 4ротором фазовращателя, а регулирующее звено второго пассивного корректирующего элемента связано с роторомФазовращателя через редуктор с передаточным числом, равным коэффициентуэлектрической редукции фазовращателя. В качестве корректирующих звеньев могут использоваться катушки индуктивности или конденсаторы 21.В известном преобразователе фазавыходного напряжения подвергаетсясуммарному воздействию двух корректирующих элементов, обеспечивающихповышение.точности преобразования эасчет снижения Фазовой погрешности,вносимой индукционным многополюснымфазовращателем.Однако при действии дестабилизирующих факторов изменяются параметрытарировочных корректирующих звеньев,характер и величина фазовой погрешности в зависимости от угла поворота,появляется дрейф нуля выходного на"пряжения, что может привести к увеличению погрешности преобразования. Кроме того, не выполняется требованиевзаимозаменяемости датчиков для серийной аппаратуры, так как каждый датчик требует своей тарировки. При замене датчиков в устройстве точность преобразования ухудшается. Введение дополнительных электромеханических элементов и катушек индуктивности иликонденсаторов значительно увеличивает вес и габариты устройства.Целью изобретения является повышение точности преобразователяугол-фаза-код,45 50 55 5 10 15 20 25 30 55 40 Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угол-фаза-код, содержащий фазовращатель, к входным обмоткам которого через усилитель подключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка фазовращателя подключена к входам формирователя импульсов, выход которого соединен с одним входом блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен с выходом кварцевого генератора, выход блока управления подключен к арифметическому блоку, введены блок сравнения ам" плитуд и блоки Формирования синусоидального и косинусоидального токов, первый выход делителя частоты соединен с первым и вторым входами блока формирования синусоидального тока, третий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, а четвертый вход - с одной входной обмоткой фаэовращателя, третий выход делителя частоты соединен с первым и вторым входом блока Формирования косинусоидального тока, к третьему входу которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу - другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соединены с входами Формирователя синусоидальных напряженийа вторые выходы - с соответствующими входами блока сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидальных и косинусоидальных токов.Кроме того, каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, управляемую линию задержки, формирователь импульсов, управляемый вентиль, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования сннусоидальиос и косинусоидального тока, к другому входу которого через формирователь импульсов подключен первый вход управляемого вентиля и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, вьиод компаратора фаз подключен к одному входу управляемой линии задержки, другой вход которой соединен со вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход управляемой линии задержки соединен с одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, .первый вход которого соединен с вторым входом управляемого вентиля итретьим входом блока формирования сииусоидального или косину- соидального тока, второй вход тригФгера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый выход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходом соответствующего управляемого вентиля,На фиг. 1 приведена структурнаясхема преобразователя угол-фаза-код;на фиг. 2 - диаграмма его работы.85805 Преобразователь содержит кварцевый генератор 1, делитель 2 частоты, два блока 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, питающих входные обмотки датчика угла, выполненного в виде индукционного фазовращателя 5, блок 6 сравнения амплитуд, блок 7 формирования синусоидальных напряжений, усилитель 8, фогмирователь 9 импульсов, блок 10 1 о управления и арифметический блок 11. Идентичные по структуре блоки 3 и 4 содержат. соответственно компараторы 2 и 13 фаз, формирователи 14 и 15 импульсов, управляемые линии 16 и 17 1 задержки, датчики 18 и 19 токов, управляемые вентили 20 и 21, триггеры 22 и 23 с раздельными входами и регулирующие элементы 24 и 25.Компараторы 12 и 13 фаз могут 20 бытьвыполнены, например, в виде синхронизируемого ВС-триггера, управляемые линии 16 и 17 задержки - в виде управляемых одновибраторов, управляемые вентили 20 и 21 - в виде 25 компенсированных интегральных прерывателей, регулирующие элементы 24 и 25 - в виде каскадного усилителя, блок 6 сравнения амплитуд - в виде операционного усилителя, блок 7 фор мирования синусоидальных напряжений в виде активных ВС-фильтров на операционных усилителях.В качестве датчиков 18 и 19 тока могут быть использованы резисторы высокого класса точ- З ности, имеющие отклонение от номинала й 0,0057. Преобразователь угол-фаза-код работает следующим образом,40Кварцевый генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсноенапряжение, которое делитель 2 частоты делит в 2 раз, где и - число егоразрядов, вырабатывая и импульсных .сигналов, образующих кодовую маску,две последовательности опорных меандров частоты 1/2", сдвинутые друг относительно друга на т/2 (фиг. 2 а,О,и две последовательности управляющихимпульсов той же частоты, сдвинутыедруг относительно друга на ту же величину фиг, 2 Ь, Ъ). С выхода делителя 2 частоты опорные меандры поступа-ют на первые входы компараторов 12и 13 фаэ в блоках 3 и 4 формированиясинусоидального и косинусоидальноготоков. Компараторы 12 и 13 фаз осу-ществляют сравнение временных положе 1 6ний нулей фаз этих токов с фронтами опорных меандров. Прн несовпадении нулей фаз с фронтами опорных меандров компараторы 12 и 13 вырабатывают уп-равляющие сигналы, поступающие на уп равляющие входы линий 6 и 17 задержки, на информационные входы которых поступают опорные меандры (фиг.2 а,б Под действием этих сигналов уп-, равляемые линии 16 и 17 задержки задерживают выходные меандры делителя 2 частотаОдновременно с датчиков 18 и 19, включенных последовательно с соответствующей входной обмоткой фазовращателя 5, синусоидальные напряжения, пропорциональные по амплитуде и совпадающие по фазе с токами входных обмоток, поступают на формирователи 14 и 15, которые формируют импульсы (фиг. 2 д, е ) в момент. перехода этих напряжений через нуль от отрицательного значения к положительному (нули фаз токов). Сформированные импульсы поступают на второй вход компараторов 12 и 13 фаз. Компараторы 12 и 13 осуществляют сравнение врем нных положений нуля фаз и фронтов опорных меандров. При несовпадении нулей фаэ с фронтами опорных меандров компараторы 12 и 13 вырабатывают медленно изменяющиеся напряжения ( фиг. 24,З) поступающие на управляющие входы линий 16 и 7 задержки, на информационные входы которых поступают опорные меандры ( фиг. 2 а,Е). Управляемые линии 16 и 17 задержки осуществляют задержку опорных меандров, обеспечивая совпадение нулей фаз питающих токов с фронтами опорных меандров во времени. При этом точность формирования временного сдвига между опорными меандрами в четверть периода (90 ) определяется стабильностью частоты кварцевого генератора 1 и поэтому этот временной сдвиг можно считать эталонным; независимым от дестабилизирующих Факторов. Нестабильность задержек формирователей 14 и 5 можно сделать пренебре.жимо малой, если в качестве формирователей использовать высокочастотные операционные усилители либо интегральные компараторы. Таким образом, обработка сигналов при ослцоствлении точной привязки нулей фаз нитающих токов к фронтам опорнкг ли н;и ров обеспечивает независимо,т7 8580 действия дестабилизирующих Факторов поддержание 90-градусного сдвига Фаз питающих токов с погрешностьй, не превьпдакнцей 1-2 эл.мин.Одновременно в преобразователе 5 производится высокоточная установка и стабилизация равенства амплитуд питающих токов при действии дестабилизирующих Факторов, что осуществляется следующим образом. 10Напряжения с датчиков 18 и 19, пропорциональные амплитудам токов вход- ных обмоток Фазовращателя 5, поступают на информационные входы управляемых вентилей 20 и 21, на разрешающие 15 входы которых подаются управляющие импульсы ( Фиг. 2 бД ) с выходов делителя 2 частоты, Под действием этих импульсов управляемые вентили 20 и 21 пропускают на блок б сравнения 20 амплитуд сигналы в виде отрицательных импульсов ( Фиг. 2 д,м ) в момент достижения синусоидальными напряжениями датчиков 18 и 19 своих отрицательных амплитудных значений. В бло уе б сравнения амплитуд, общем для обоих блоков 3 и 4, производится сравненил амплитуд отрицательных импульсов, поступающих с выходов управляемых вентилей 20 и 21 с одним опор ным постоянным напряжением и выдача управляющих сигналов в триггеры 22 и 23, на выходах которых образуются медленно изменяющиеся управляющие напряжения ( Фиг. 2 н,о ), пропорциональ.э ные разности между опорным напряжением и напряжениями датчиков 18 и 9,Управляющие напряжения поступают на входы регулирующих элементов 24 и 25., на другие входы которых приходят задержанные меандры (Фиг. 2 и, К), поступающие с выходов управляемых линий 16 и 17 задержки, Под действием управляющих напряжений на выходе регулирующих элементов 24 и 25 образуются модулированные по амплитуде задержанные меандры ( Фиг. 2 ,р), которые поступают на блок 7 Формирования синусоидальных напряжений, При этом степень неравенства амплитуд оп" ределяется только неодинаковыми сопротивлениями управляемых вентилей 20 и 21. Применение в качестве управляемых вентилей компенсированных интегральных прерывателей обеспечивает равенство питающих токов с точностью не менее 0,03-0,057 Блок 7 Формирования синусоидальных напряжений преоб 51 8разует меандры в синусоидальные напряжения, которые усиливаются усилителем 8 и поступают на входные обмотки Фазовращателя 5. В выходной обмотке Фаэовращателя 5 образуется напряжение (Фиг. 2 ), Фаза которого пропорциональна углу поворота вала, накотором закреплен ротор фазовращателя,Последовательное включение датчиков 18 и 19 тока со входными обмотками фазовращателя 5 обеспечивает отсутствие дрейфа нуля Фазы выходногонапряжения. Напряжение с выходной обмотки Фазовращателя 5 поступает навход Формирователя 9 импульсов, который вь 1 рабатывает Фазовый импульс(Фиг, 2 ,) в момент перехода этого,напряжения через нуль. Фазовый им- .пульс поступает в блок 10 управления.одновременно в этот блок приходятимпульсные напряжения делителя 2 частоты, которые образуют временную кодовую маску. В блоке 10 управленияобразуется временной интервал Л 1(Фиг, 2 ф) между Фазовым импульсомФормирователя 9 и началом преобразования, определяемым делителем 2 частоты, пропорциональный углу поворотавала, Этот временной интервал с помощью кодовой маски делителя 2 преобразуется блоком 10 управления иарифметическим блоком 11 в двоичныйкод.Таким образом, в предлагаемом преобразователе поддерживается 90-градусный сдвиг пофазе между питающими Фазовращатель синусоидальными токами с точностью 1-2 эл. мин и равенство амплитуд этих токов с точностью 0,05-0,067 при действии дестабилизирующих Факторов, что обеспечивает суммарную точность преобразования 15-20 угл, с.Формула изобретенияПреобразователь угол-фаза-код, содержащий Фазовращатель, к входным обмоткам которого через усилитель подключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка Фазовращателя подключена к входам 1 рормирователя импульсов, выход которого соединен с одним вхолом блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен8580 с выходом кварцевого генератора, выход блока управления подключен к арифметическому блоку, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок сравнения амплитуд и блоки формирования синусоидального и косинусоидального токов, первый выход делителя частоты соединен с первым и вторым входами блока форми роваиия синусоидального тока, третий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, а четвертый вход - с одной входной обмоткой фаэовращателя, третий выход делителя час-тоты соединен с первым и вторым входом блока формирования косинусоидального тока, к третьему входу которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу - другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидальногоЭтоков соединены с входами формирователя синусоидальных напряжений, а 2 з вторые выходы - с соответствующими входами блока сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидальных и косинусоидальных токов. 302, Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в нем каждый блок формирования синусоидаль-, ного и косинусоидального токов содеРжит компаратор фаз, управляемую 35 линию задержки, формирователь импульсов, управляемый вентиль, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен 5 Ос первым входом блока формированиясинусоидального и косинусоидальиоготока, к другому входу которого черезформирователь импульсов подключенпервый вход управляемого вентиля ивыход датчика тока, вход которогоподключен к четвертому входу блокаформирования синусоидального иликосинусоидальиого тока, выход компаратора фаз подювочен к одному вхо"ду управляемой линии задержки, другой вход которой соединен со вторымвходом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока,выход управляемой линии задержки соединен с одним входом регулирующегоэлемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, первый входкоторого соединен с вторым входом управляемого вентиля и с третьим входомблока формирования сииусоидальногоили косинусоидального тока, второйвход триггера соединен с пятым входом блока формирования сииусоидального или косинусоидального тока, пер"вый выход каждого.из которых соединенс выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - свыходом соответствующего управляемо-,го вентиля,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе