Преобразователь угла поворота вала в код

) Заявитед ЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД О Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования угловых перемещений в цифровой код.Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, фильтр, фазорасшепитель, фваовращатедь, компараторы и канады считывания, цополнительный целитель часто 1 О ты и цоп олнительный компарат ор1.Недостатком преобразователя является невысокая точность.Известен также преобразователь углаповорота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, двоичный счетчик, выходы ко, торого подключены к входам блока совпадения, формирователь опорный сигналов, входы которого подключены к двоичному 2счетчику, формирователь синусоидадьного сигнала, соединенный через первый усилитель с одной входной обмоткой фазовращателя, формирователь косинусоидальуменко, В. СМалов иЛ.,М:Г ного сигнала, соединенный через второйусилитель с второй входной обмоткойфазовращателя с двумя выходными обмотками, два нуль-органа, входами подключенных к входным обмоткам фазоврь.щателя, выходы нуль-органов соединеныс одними входами трщтеров, дешифратордифференциальный усилитель, пиковыедетекторы, фильтр и регистрирукщийблок 2Не цостаток известного преобразователя - невысокая точность,Бель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворотавала в код.Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь угла поворотавала в код, содержащий генератор импульсов, соединенный с входом и -разряцного цвоичногосчетчика, выхоцы которогсое циненыс И первыми входами блока совпадения, формирователь опорных сигналов, входы которого соединены с прямыми выходами И и ( И) разрядов-разрядного двоичного счетчика, фазовращатель с двумя входными и двумя выходными обмотками, первый вывод первой входной обмотки которого через первый усилитель подключен к выходу фор мирователя синусоидального сигнала, первый вывод второй входной обмотки фазовращателя через второй усилитель подключен к выходу формирователя косинусоидального сигнала, первый нуль а орган, вход которого соединен с вторым выводом первой входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом первого триггера, и второй нудь-орган, вход которого соединен с вторым выво дом второй входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом второго триггера, введены два элемента И-НЕ, два источника тока, четыре компаратора, четыре интегратора третий, четвертый, пя 8 тый и шестой триггеры, два ннвертора, юаделителя напряжения, два повторителя, источник опорного напряжении и блок нуль-органов, входы которого соединены с выходными обмотками фазовращателя, первый выход соединен с И вторыми входами блока совпадения, а второй выход - с (и- И) первыми входами. блока совпадения (щ- и) вторых входов которого подключены к соответствующему числу30 выходов старших разрядов И -разрядного двоичного счетчика, первый выход формирователя опорных сигналов соединен с другим входом первого триггера и с одним входом третьего триггера, второй вы-З 5 ход формирователя опорных сигналов соединен с другим входом второго тригге- ра и одним входом четвертого триггера, входы первого тлемента И-НЕ соединены с выходами ( И) и ( и). разрядов И -разрядного двоичного счетчика, а выход - с первым источником тока, первым конденсатором и одним входом первого компаратора, другой вход которого подклеен.через первый интегратор к выходу первого триггера, выход первого компаратора соединен с другим входом третьего триггера, выход которого через первый инвертор соединен с входом формирователя синусоидального сигнала, второй вывод первой входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом второго компаратора, выход которого соединен с одним входом пятого триггера, другой вход которого соединен с выходом второго нуль-органа, а выход- через последовательно соединенные второй интегратор, первый повторитель и первый делитель напряжения подключен квыходу первого инвертора, входы второгоэлемента И-НЕ соединены с инверснымвыходом (И) разряда и с прямым выходом (т) разряда И -разрядногодвоичного счетчика, выход второго элемента И-НЕ соединен с вторым источникомтока, вторым конденсатором и однимвходом третьего компаратора, другойвход которого подключен через третийинтегратор к выходу второго триггера,выход третьего компаратора соединен сдругим входом четвертого триггера, выход которого через второй инвертор соединен с входом формирователя косинусоидального сигнала, второй вывод второйвходной обмотки фазоврашателя соединенс одним входом четвертого компаратора,другой вход которого соединен с другимвходом другого компаратора и подключенк источнику опорного напряжения, выходчетвертого компаратора соединен с однимвходом шестого триггера, другой вход которого соединен с выходом первого нульоргана, а выход через последовательносоединенные четвертый интегратор, второй повторитель и второй делитель напряжения подключен к выходу второго инвертора.На фиг. 1 приведена схема преобразователя угла поворота вала в код; нафиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя,Преобразователь угла поворота вала в код содержит генератор 1 импульсов, И -разрядный двоичный счетчик 2, блок 3 совпадения, формирователь 4 опорных импульсов, формирователь 5 синусоидального сигнала, формирователь 6 косинусоидадьного сигнала, усилители 7 и 8 мощности, нуль-орган 9 и 10, эталонные резисторы 11 и 12, блок 13 нулт органов, источники 14 и 15 тока, кон денсаторы 16 и 17, элементы И-НЕ 18 и 19, компараторы 20-23, триггеры 24-29 (Р-триггеры), инверторы 30 и 31, интеграторы 32-35, повторители 36 и 37, делители 38 и 39 напряжения, фазовращатель 40 с входными обмотками 41 и 42 и выходными обмотками 43 и 44, источник 45 опорного напряжения., Нудь-орган 9 содержит компаратор 46 н узел 47 выделения заднего фронта, а нуль-орган 10компаратор 48 и узел 49 выделения переднего фронта.Элемент И-НЕ 18, источник 14, конденсатор 16, компаратор 20, триггер 24, инвертор 30, формирователь 5, усили,942095 5тель 7, резистор 11, нуль-орган 9, триггер 26, интегратор 32, компвратор 22, триггер 28, интегратор 34, повторитель 36 и делитель 38 образуют первый (синусный) канал формирования квадратурного напряжения 1. с контуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока. Элемент И-НЕ 19, источник 15, конденсатор 17, компарвтор 21, триггер 10 25, инвертор 31, формирователь 6, усилитель 8, резистор 12, нуль-орган 10, триггер 27, интегратор ЗЗ, компвратор 23, триггер 29, интегратор 35, повторитель 37 и делитель 39 образуют второй (косинусный) канал формирования квадратурного напряжения с контуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока. 20Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом. Сигналы по разрядным шинам И -разрядного двоичного счетчика 2 поступакл у на входы блока 3 совпадения, нв другие входы которого приходят сигналы с блока компарвторов грубого и точного отсчета. На входы формирователя 4 и элементы И-НЕ 18 и 19 приходят сигналы (фиг.20, д, В ) .с И-разрядного двоичного счетчика 2. Сигнал с одного выхода Формирователя 4 (фиг. 24) поступает нв Р -вход триггера 24, с выхода которого сдвинутый по фазе сигнал (фиг.2 И проходит на вход формирователя 5 через инвертор 30. Формирователь 5 формирует синусоидальный сигнал, который через усилитель 7 (фиг, 2 ь) запитывает обмотку 41 фазовоашвтеля 40. Ситнал с другого выхода формирователя 4 (фиг. 2 ) поступает нв Р-вход триггера 25, с выхода которого сдвинутый по фазе сигнал (фиг. 2 К) проходит на вход формирователя 6 через инвертор 31. Формирователь 6 формирует косинусоидальный сигнал, который через усилитель 8 (фиг. 2 М) запитыввет обмотку 42 фазоврвшателя 40. Токи в обмотках 41 и 42 фазоврвшвтеля 40 обеспечивают режим50 вращакщегося поля, Сигналы с выхода фазовращвтеля 40 несут информацию об . угле поворота вала в виде фазового сдвига относительно синусоидального питакщего напряжения (фиг. 2 А). Фаза выходного напряжения фвзоврвшвтеля 40 по5 грубому отсчету (об:отка 44) однозначна в пределах одного оборота и имеет периодичность в 360 . Фаза выходногод напряжения фазоврвшателя 40 по точному отсчету (обмотка 43) многозначна в пределах оборота и иметт периодичность 360/Р, Р =2 п ", где р- коэффициент редукции обмотак 43 и 44 точного и грубого отсчета; уи- число разрядов выходного кода блока 3 совпадения; И- число разрядов И -разрядного двоичного счетчика 2.Блок 3 совпадения по сигналам с и-разрядного двоичного счетчика 2 и блока 13 выдает код К (е ), пропорциональный углу поворота вала сС. Сформированные в каждом канале напряжения (фиг; 2 Л, М синхронны по фазе с опор ными прямоугольными сигналами (фиг.2 В .), сдвинутыми по фазе на 90 о, в свою очередь, последние синфаэюс сигналами И -разрядного двоичного счетф чика 2. Фаза сигнала обмотки 41 (фиг. 2 ) регистрируется нуль-органом 9. Узел 47 выделения заднего фронта выдает фазовые импульсы (фиг. 2 М) в момент перехода сигнала обмотки (фиг, 2 л) от отрицательного напряжения к положительному, твк как компаратор 46 инвертирует сигнал, Триггер 26 производит сравнение фазы опорного прямоугольного сигнала нв 3-входе (фиг, 24) с фа-, зовым импульсом нв С-входе (фиг. 2 М). Сигнал нв выходе нуль-органа 9 (фиг, 2 и), иллюстрирует наличие фазового смешения сигнала 4 (фиг, 2 к) на угол Ь 9 который может иметь любой знак относительно опорного сигнала (фиг. 24). Триггер 26 производит двоичюую кодировку знака Ь и в режиме слежения за фвзовой ошибкой вырабатывает нв выходе широтно-модулированный сигнал (фиг. 2 р), в на выходе интегратора 32 постоянное напряжение, пропорциональное широтно-модулированному сигналу (фиг, 2 р), 1 Элемент И-НЕ 18, источник 14 и конденсатор 16 образуют источник пилообразного напряжения (фиг. 2 д), частота которого в два раза выш частоты опорного сигнала (фиг. 23), твк квк она синхронизирована от ( и -1) разряда двоичного счетчика. Напряжение (фиг. 2 д) на компврвторе 20 непрерывно сравнивается с напряжением интегратора 32. Если фазовый импульс нв выходе нуль-органа 9 (фиг, 2 и) сдвинут левее переднего фронта опорного сигнала (фиг. 28), то триггер 26 по инверсному выходу устанавливается в "1" (фиг. 2 Р) и увеличивает напряжение нв выходе интеграторв 32. При этом перешшй фронт сигнала25 36 35 40 45 50 55 7 94на выходе компаратора 20 (фиг. як)линейно сдвигается вправо. Пропорционально ему сдвигается вправо сигналтриггера 24 (фиг, 2 К). Триггер 24 ра,ботает по переднему фронту сигнала наС -входи. Таким образом, замыкаетсяконтур автоматической сйнхрониэациифазы синусного канала и производитсякомпенсация фазового сдвига формирователя 5.Аналогично работает контур автоматической синхронизации фазы косинусногоканала. Фаза косинусного сигнала (фиг.2 м)регистрируется нуль-органом 10.Узел 49 выделения переднего фронтавыдает фазовые импульсы (фиг. 2 о) вмомент перехода косинусного сигналаот положительного напряжения.к отрицательному. фазовые импульсы нульоргана 10 (фиг. 20) косинусного сигнала (фиг. 2 И) сдвинуты на -90 от фазовых импульсов (фиг. 2 Н) синусного сигнала (фиг. 2 л). Сигнал с триггера 27берется с прямого выхода.Для создания высокочастотного кругового вращающегося поля в фазовращателе 40 в преобразователе имеетсяв каждом канале контур автоматическойстабилизации тока,Контур стабилизации тока синусногоканала образован формирователем 5, усилителем 7, нуль-органом 10, резисто- .ром 11, юмпаратором 22, триггером28, интегратором 34, повторителем 36,и делителем 38, Контур стабилизациитока косинусного канала образован формирователем 6, усилителем 8, нуль-органом 9, резистором 12, компаратором23, триггером 29, интегратором 35,повторителем 37 и делителем 39. Общим является источник 45 опорного напряжения. Амплитуды токов стабилизируктся на уровнеООцОсиэ эт 2где Ооп - напряжение источника 45;К чт - сопротивление эталонногорезистора 11;Й. - сопротивление эталонногорезистора 12.При равенстве зти Кэт,токи 151,иХеопс практически равны.Компаратор 22 производит сравнениесинусоидального выражения на эталонном резисторе 11 с положительным напряжением опорного источника 45 0 у(фиг. 2 С), Триггер 28 производит сравнение выходного сигнала компаратора 2095 8 22 .(фиг. 2 т) с фазовыми импульсами(фиг. 20) сигнала (фиг, 2 м) 1 которыевырабатывааотся в тот момент времени,когда амплитуда синусоидального напряжения максимальна. Тем самым триггер28 производит двоичную кодировку знакавозмущения по амплитуде ЬО, Оч- Оои вырабатывает на выходе широтно-модулированный сигнал (фиг. 2 у), Если ьОд,то широтно-модулированный сигнал(фиг. 2 у) переходит в состояние "0",если ЬОО - в состояние ф 1". Постоянное напряжение на выходе интегратора 34 во времени пропорциональноширотно-модулированным сигналам (фиг.2), Повторитель 36 напряжения имеетвысоюе входное сопротивление. Выходное напряжение повторителя 36 черезделитель 38 поступает на вход формирователя 5 и одновременно запитывает инвертор 30. Если Щ 70,.то амплитудапрямоугольных импульсов (фиг. 2 и) уменьшается, тем самым уменьшается амплитуца выхоцного синусоицального напряжения(фиг. 2 Л), Устройство 36 может бытькак повторителем, тик и усилителемнапряжения. Аналогично работает контурстабилизации тока в косинусном канале.На С-вход триггера 29 приходят фазовые импульсы (фиг, 2 н) синусаидального сигнала (фиг. 2 р), которые вырабатываются в тот момент времени, когдаамплитуда косинусоидального напряжениямаксимальна. формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, соединенный с входом И -разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены, с И первыми входами блока совпадения, формирователь опорных сиь налов, входы которого соединены с прямыми выходами и и ( И) разрядов -разрядного; двоичного счетчика, фаэовращатель с двуми входными и двумя выходными обмотками, первый вывод первой входной обмотки которого через первый усилитель подключен к выходу формирователя синусоидального сигнала, первый вывод второй. входной обмотки фаэовращателя через второй усилитель подключен к выходу формирователя косинусоидального сигнала, первый нуль-орган, вход которого соединен с вторым выводом первой входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом первого триг9 9420 гера и, второй нуль-орган, вход которого соединен с вторым выводом второй входной обмотки фазовращателя, а выходс одним входом второго триггера, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 5 повышения точности преобразователя, в него введены два элемента И-НЕ, дваисточника тока, четыре компаратора,четыре интегратора, третий, четвертый, пятый и шестой триггеры, два инвертора, 10два делителя напряжениядва повторителя, источник опорного напряжения и блокнуль-органов, входы которого соединеныс выходными обмотками фазовращателя, первый выход соединен с И вторыми вх 15дами блока,совпадения, а второй выходс (Ю- и) первыми входами блока совпадения,(фи- И) вторых входов которого подключены к соответствующему числу выходов старших разрядов И-разрядного 20двоичного счетчика, первый выход формирователя опорных сигналов соединен сдругим входом первого триггера и одним входом третьего триггера, второй выход формирователя опорных сигналов 2 соединен с другим входом второго триг. гера и озим входом четвертого триггера, входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами ( И) и (и) разрядов д-разрядного двоичного счет- . 30 чика, а выход - с первым источником тока, первым конденсатором и одним входом первого компаратора, другой входхоторого подключен через первый интегратор к выходу первого триггера, выход первого З компара тора соединен с другим входом третьего триггера, выход которого через первый инвертор соединен с входом формирова теля синусоидального сигнала, второй вывод первой входной обмотки фазовращателя 40 соединен с одним входом второго компа 10ратора, выход которого соединен с одним входом пятого триггера, другой входкоторого соединен с выходом второгонуль-органа, а выход через последоватеаьно соединенные второй интегратор, первыйповторитель и первый делитель напряжения подключен к выходу первого инвертора, входы второго элемента И-НЕ соединены с инверсным выходом ( И) ра. ряда и с прямым выходом ( И) разряда )1 -разрядного двоичного счетчика, выход второго элемента 14-НЕ соединен с вторым источником тока, вторым конденсатором и одним входом третьегокомпаратора, другой вкад которого подключен через третий иивэртор к выходу второго триггера, выход третьего компараторасоединен с другим входом четвертого триггера,выход которого через второй иивертор соединен с входом формироватащ косинусоидального сигнала, второй вывод второйвходной обмотки фазовращателя соединен с одним входом четвертого компаратора, другой вход которого соединен сдругим входом второго компаратора иподключен к источнику опорного напряжюния, выход четвертого компаратора соединен с одним входом шестого триггера,другой вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, а выход черезпоследовательно соединенные четвертыйинтегратор, второй повторитель и второйделитель напряжения подключен к выходувторого инвертора.Источники информации,принятые во вникание при эжпертиэе1. Авторское свидетельство СССР595755, зл. 608 С 9/00 ю 1976.2. Авторское свидетельство СССР604018, кл. 608 С 9/04, 1976042005 Составитель Е. Бударинаубелко Техред К.Мыцьо Корректор М. Пож акт 847/43 Тираж 642 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, РП одписноео комитета ССй и открытийаушская набд