Преобразователь перемещения в код

СООЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИ СПУБЛИН ОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ(21) .(22) (46) (72) И, Х и В, (53) (56) У 52 У 64 4-24 3770323/206,07,8430.06.86. БА, И. НиконХайруллин,Н. Шевяков681.325(088Авторское с723, кл. 0торское св9006 в кл зл. В 24в, В. Я. Гофи Л, П. федосее 8) идет 8 Сидете 8 С льство СССР /00, 1975. ьство СССР /00, 1977. а. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫЪ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИД(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ КОД, содержащий подвижный элемент,.расположенныйпротив считывающихэлементов, выходы первого и второгосчитывающих элементов соединены с,входами соответственно первого ивторого пороговых элементов, дешифратор, первый и второй формирователи импульсов, преобразователь кода,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности преобразования, в него введены К дополнительных считывающих элементов, блокИ+1 компараторов, блок Б пороговыхэлементов и триггер, выходы первого,80124147 второго и И дополнительных считывающих элементов соединены с входамиблока И+1 компараторов, первый ипоследний выходы которого соединеныс входами соответственно первого ивторого формирователей импульсов, вьюходы Б дополнительных считывающихэлементов соединены с входами блокаБ пороговых элементов, выходы первого и второго пороговых элементов иблока Л пороговых элементов соединены;с первой группой входов дешифратора, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первым и последним входами второй группы входов дешифратора, выходыблоха 0+1 компараторов соединены состальными входами второй группывходов дешифратора, первый и послед.ний выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входамитриггера, выходы которого соединеныс первым и вторым входами преобразователя кода, остальные выходы дешифратора соединены соответственно состальными входами преобразователя124Изобретение относится к автоматике, к элементам систем контроля, измерения параметров движения и управления подвижными объектами.К ряду элементов указанных систем предъявляются технические требования обеспечения функционального гистерезисного преобразования перемещения в код, т.еподдержания различных зна чений выходной кодовой информации для прямого и обратного направлений движения контролируемых объектов с переменной по координате входного перемещения высотой петель гистерезиса. Наряду с этим выдвигается требование снижения влияния в нерабочих поперечных, перпендикулярных к оси контролируемых перемещений на результат такого функционального гисте резисного преобразователя.Целью изобретения является повышение точности и расширение Функцио нальных возможностей преобразователя.На Фиг. 1 показана схема первого варианта преобразователя; на фиг, 2 реализуемая с помощью первого варианта преобразователя Функциональная гистерезисная зависимость кода от перемещения; на Фиг. 3 - зависимость кода от перемещения с постоянной вьгсотой петель гистерезиса (линейная); на Фиг. 4 - схема второго варианта преобразователя, реализующего линейную гистерезисную зависимость.Первый вариант преобразователя перемещения в код содержит подвижный элемент 1, считывающие элементы 2 и 3, М дополнительных считывающих элементов 4-6, блок 7 (5+1) компараторов, выполненный в виде компараторов 8 11, дешиФратор 12, выполненный на элементах И 13-18, блок 19 Б пороговых элементов, выполненный на пороговых элементах 20-22, пороговый элемент 23, триггер 24, преобразователь 25 кода, выполненный на элементах И 26-29, элементе ИЛИ 30, регистре 31, выполненного на триггерах 32-33, пороговый элемент 34, Формирователи 35 и 36 импульсов.Второй вариант преобразователя перемещения в код содержит Формирователи 37 и 38 импульсов, блок 39 (И+1) компараторов, выполненный на компара" торах 40-43, дешифратор 44, выполненный на элементах ИЛИ 45 47 и элементах И 48-57, блок 58 Б пороговых элементов, выполненный на пороговых элементах 59-61, пороговых элементах 1474 362 и 63,. триггер 64 преобразователь65 кода, выполненный на регистре 66 свыходами 67, элементах ИЛИ 68-71 иэлементах И 72-79, подвижный элемент80, считывающие элементы 81, 82, Бдополнительных считывающих элементы83-85.Преобразователь работает следующимобразом,16 Формирователи 35 и 36 срабатываютпо переднему положительному фронтусвоих входных сигналов.Е,сли подвижный элемент 1 приближается к считывающему элементу 2 и 3д или дополнительному считывающему эле"менту 4-5, то его уровень выходногоэлектрического сигнала вырастает.Рассмотрим реализациЮ требуемойзависимости, "перемещение - выходной20 код (Фиг. 2) при перемещении подвижного элемента 1 вправо вдоль осиХ. Когдя координата центра подвижного элемента 1 ХЬ, где Ь - шаг установки считывающих элементов 2-6,.25 то подвижный элемент 1 оказывает насчитывающий элемент 2 более сильноевоздействие, чем на считывающий элемент 6, т,е. для данного участкагде Б и 11 напряжение наЗб выходе считывающих элементов 2-6, ис прямого выхода компаратора 11 снимается напряжение низкого уровня,а триггеры 32, 33 регистра 31 находятся в нулевых состояниях А = 00,Эгде Азначение кода навыходах триггеров 32 и 33. Приближение йодвижиогоэлемента 1 к элементу 6 вызывает вточке Х = Ь изменение состояния вьюхода компаратора 11, что ведет ксрабатыванию формирователя 35 по положительному фронту. Когда подвижный элемент 1 переме-,щается между элементами 2 и 6, его воздействие на считывающие элементы 452 и 6 существенно больше, чем на ос тальные (элементы 3-5), поскольку они окаэывактся ближайшими к подвиж-.ному элементу 1. Поэтому на указанном участке уровни сигналов Ц и 11 зна-чительно превышают величины сигналовсчитывающих элементов 3 и 5, возле которых нет подвижного элемента 1.Соответственно выходы пороговых элементов 34 и 20 находятся в единичных, -" а выходы пороговых элементов 21 23 в нулевых состояниях. Это обеспечива" ет во-первых, при достижении центром подвижного элемента 1 координаты474 В интервале 3,5 АХ с 4,5 Ь под-вижный элемент 1 воздействует на считывающие элементы 3 и 5, в единичных состояниях находятся выходы пороговых элементов 22 и 23, При достижении центром подвижного элемента 1 кокоординаты Х = 4 д на инверсном вы ходе компаратора 10 устанавливается высокое значение выходного напряжения и срабатывает формирователь 36, Вьг ходной импульс формирователя 36, продя через первый вход элемента И 18, на два другие входа которого поданы высокие уровни напряжения с выходов элементов 22 и 23, подключен" ных соответственно к считывающим эле" ментам 3 и 5, переводит триггер 24 в нулевое состояние, чему соответствует высокий уровень напряжения, сни 3 1241Х = д прохождение импульса с выходаформирователя 35 через элемент И 17на вход триггера 24, который даннымимпульсом устанавливается в единичное состояние, во-вторых, подачу напряжения высокого уровня с прямоговыхода компаратора 11 через элементИ 13 на информационный вход преобразователя кода 25, подключеннЬй кэлементу ИЛИ 30, и далее через элемент И 28 - на единичный вход триггера младшего разряда 33 регистра31, Таким образом, по достиженииподвижным элементом 1 координаты Х =- на выходе регистра 31 устанавливается код А = 01,В то же время напряжения с выходоводругих компараторов 8-10 или любое.нерабочее изменение их выходных состояний, даже если оно вызывает срабатывание формирователя 36, не приведет к прохождению через элементыИ 13-16 и 18 импульсных или потенциальных сигналов высокого уровня,поскольку, как отмечено вышее, пороговые элементы 21 в 23 на участке 0,56 Х с1, 5 находятся н нулевых состояниях,В точке Х = 1,5 Ь под воздействием подвижного элемента 1 попадаеттакже считывающий элемент 4, и выходпорогового эЛемента 21 приобретаетединичное состояние, Поскольку в этойточке Б 5 ) 11,1, то с прямого выходакомпаратора 8 снимается сигнал низкого уровня. Следовательно, прохождениецентром подвижного элемента 1 координаты Х = 1,5 Д не меняется выходнойкод.Когда, двигаясь вправо (по фиг. 1) 40подвижный элементпереходит на уча"сток 1,5 ЬХ с 2,5 Ь между считывающими элементами 6 и 4, в единичномсостоянии находятся выходы пороговыхэлементов 20 и 21. Когда в точке Х = 45- 2состояние прямого выхода компаратора 8 изменяется с нулевого наединичное, тогда на все три входаэлемента И 14 воздействуют единичныеуровни входных напряжений и с его ны" 50хода высокий (единичный) уровень на"пряжения поступает на информационныйвход преобразователя 25 кода, подключенный к элементу ИЛИ 30 и элементуИ 29. Поскольку на первые входы элементов И 28 и 29 по управляющему входу преобразователя 25 кода с прямоговыхода триггера 24. подается напряжение высокого уровня, сигнал высокогоуровня с выхода элемента И 14 ноздей"стнует на едичичные входы триггеров32 и 33, т.епри достижении центромподвижного элемента 1 координаты Х2 Ь в регистре 31 устанавливаетсякод А = 1,В точке Х = 2,5 под воздецстниемподвижного элемента 1 попадает считывающий элемент 5, и на всех входахэлемента И 5 устанавливаются напряжения высокого уровня. Однако из-затого, что триггер 24 находится н единичной состоянии и с его инверсноговыхода на первые входы элементов И 26и 27 поступает напряжение низкогоуровня, сигнал с выхода элемента И 5не оказывает через элемент И 27 воздействия на вход триггера 32: выходной код н этой точке не меняется.Дальнейшее перемещение подвижногоэлемента 1 в пределах участка 2,5 Ь сХ с 4,5 6 не приводит к изменениювыходного кода, поскольку единичноесостояние триггера 24 остается неизменным,В точке Х = 4 ь формирователь 36не срабатывает, так как инверсный вьгход компаратора 10 изменяет здесьсвое состояние с единичного на нулевое, а на отрицательные перепадывходного напряжения формирователи 35и 36 не реагируют.Рассмотрим работу преобразователя при перемещении подвижного элемента 1 в направлении убывания координаты Х, т,е, из исходного положения Х = 4,5 Ь влево (см. фиг, 1), 1241474маемого с инверсного выхода триггера 24.В положении подвижного элемента1 3,5 Ь с Х ( 4 д единичный уровеньнапряжения с инверсного выхода компаратора 1 О через элемент И 16 подается на второй вход элемента И 26.На первый вход элемента И 26 поданединичный уровень напряжения с инверсного выхода триггера 24, Следова"тельно, уровень выходного напряженияэлемента И 26 принимает значениеединичного и переводит триггер младшего разряда 33 регистра 31 в нуле 15вое состояние. Благодаря этому в регистр 31 заносится код А = 10, соответствующий реализуемой зависимости(фиг. 2),В точке Х = 3,5 д под воздействие20подвижного элемента 1 попадаеттакже считывающий элемент 4, и.выходное состояние порогового элемента21 становится единичным. Но это невлияет на величину выходного кода,поскольку в данном положении подвижный элемент 1 занимает положение,ближайшее к элементу 5. Тогда П ) Ц 4,инверсный выход компаратора 9 находится в нулевом состоянии, а следова.30тельно, в нулевом состоянии находится и выход элемента И 15, подключенного к информационному входу преобразователя 25 кода.Затем подвижный элемент 1 переходит на участок 215 д с Хс 3,5 д, гдев единичные состояния устанавливаютсявыходы пороговых элементов 21 и 22 ив точке Х = ЗЬ происходит изменениеуровня инверсного выхода компаратора9 с низкого на высокий, в результате40чего на все три входа элемента И 15поступают напряжения высокого уровня.Следовательно, на выходе элемента И15 появляется напряжение также высокого уровня, которое через элемент45И 27 воздействует на нулевой входтриггера 32, Таким образом, послепрохождения подвижным элементом 1точки Х = Зд триггеры 32, 33 регистра 31 имеют нулевые состояния, чтосоответствует выходному коду А = О,фиг. 2).При дальнейшем перемещении подвижного элемента 1 влево вдоль оси Х(по фиг, 1) формирователь 35 ь точке Х = Ь не срабатывает: в этой точке происходит смена состояния прямого выхода компаратора 11 с единичного на нулевое, и на .указанном выходе ком компаратора 11 возникает отрицательный перепад напряжения, на который формирователь 35 не реагирует, Поэтому триггер 24 остается в нулевом состоянии, а с его прямого выхода на управляющий вход преобразователя 25 кода, подключенный к элементам И 28 и и 29, подаются низкие уровни напряжения и никаких изменений выходного кода на участке Х 3 д не происходит,Для новых циклов перемещения подвижной части 1 в прямом и обратном направлениях вдоль оси Х описанный порядок работы преобразователя сохра" няетсяПреобразователь обеспечивает реализацию кодируемого гистерезисного преобразователя перемещения изменяющейся по координате входной величины в соответствии с требуемым законом разностью значений выходного кода прямой и обратной ветвей преобразова" телей характеристики перемещениекод", например, в виде, изображенном на фиг. 2В то же время преобразователь может в частном случае реализовывать и простое (линейное,не функциональное) гистерезисное преобразование со смещением прямой и обратной ветвей зависимости перемещение - кодна постоянную величину. Схема второго варианта преобразователя, реализующего линейную гистерезисную зависимость (частный случай гистерезисного преобразования) (см. фиг. 3), показана на фиг, 4.Второй вариант преобразователя перемещения в код, показанный на фиг. 4, работает следующим образом.Когда центр подвижного элемента 80 находится в исходном состоянии между считывающими элементами 81 и 83 левее (по фиг. 4) положения Х = = Ь, ециничное состояние (высокий уровень напряжения) принимают инверсный выход компаратора 40 и выходы по" роговых элементов 62 и 61, в исходном состоянии с инверсного выхода триггера 64 снимается напряжение высокого (единичного) уровня. Выходы элементов 60, 59 и 63 находятся в нулевых состояниях (напряжения низкого уровня), так как на считывающие элементы 84, 85 и 82 подвижная часть в рассматриваемом положении воздействия не оказывает. Следовательно, свыхода элемента И 56 снимается напряжение высокого уровня, а с выходовэлементов И 48-55 и 57 снимаются напряжения низкого уровня, Сигнал высо"кого уровня с выхода элемента И 56через элемент И 72 и элемент ИЛИ 68поступает на вход шифратора 66 преобразователя 65 кода, а на другиевходы шифратора 66 воздействуют сиг 10налы низкого уровня, что соответствует нулевому значению двоичного кода, формируемого на двухразрядномвыходе 67 шифраторов 66:А = 0 (см,фиг. 3).Перемещаясь из рассмотренного положения вправо, подвижный элемент80 проходит координату Х = Ь и начинает оказывать более сильное воздействие на считывающий элемент 83, чемна считывающий элемент 81. В единичное состояние переходит прямой выход компаратора 40, и по положительному перепаду напряжений на прямомвыходе компаратора 40 формирователь37 выдает импульс, поступающий черезэлемент И 54 на единичный входтриггера 64 (на второй и третий входы элемента И 54 с выходов пороговыхэлементов 62 и 61 поступают напряже 30ния высокого уровня). Прямой выходтриггера 64 переходит в единичноесостояние, что обуславливает поддержание на входе шифратора 66 напряжения высокого уровня, поступающего свыхода элемента И 53 через элементИЛИ 45, элемент И 76 (на первый входкоторого подано напряжение высокогоуровня с прямого выхода триггера 64),элемент ИЛИ 68, На другие входы шиф 40ратора 66 воздействуют сигналы низкого уровня, что соответствует поддержанию на выходе 67 нулевого значениядвоичного кода А = О,Нулевое значение выходного кодаустройства А = 0 сохраняется и в45случае перехода подвижного элемента80 в интервал между считывающими элементами 83 и 84, когда 1,5 ЬХ2 Ь.Тогда в единичном состоянии находятсявыходы пороговых элементов 60 и 61, а50а также инверсный выход компаратора41, Следовательно, на все три входаэлемента И 48 воздействуют напряжения высокого уровня, чем обусловленоналичие единичного состояния выходаэлемента И 48, Высокий уровень выход"ного напряжения элемента И 48 черезэлемент ИЛИ 45, элемент И 76, элемент ИЛИ 68 воздействует на вход шифратора 66. Другие входы шифратора 66 не подвергаются воздействию напряжений высокого уровня, и выходной код устройства при положении перемещающегося вправо подвижного элемента 80 Х2 Ь сохраняется, равным нулю.Аналогичным образом преобразователь работает при перемещении подвижного элемента 80 вправо.При переходе подвижного элемента 80 на участок Х4 Ь сигнал с выхода считывающего элемента 82 начинает превышать по уровню сигнал со считыва. ющего элемента 85. На прямом выходе компаратора 43 устанавливается напряжение высокого уровня, которое через элементы И 57 и 79, элемент ИЛИ 71 воздействует иа вход шифратора 66 и на двухразрядном выходе 67 появляется двоичный код А = 11, Выходы элементов И 48"53, 56 находятся в нулевых состояниях. При переходе подвижным элементом 80 положения Х = 4 Ь, когда изменяют состояние выходы компаратора 43, срабатывания формирователя 38 не происходит, так как формирователь 38 выдает выходной импульс только при положительном перепаде своего входного напряжения, а в данном случае на инверсном выходе компаратора 43, к которому подключен вход формирователя 38, имеет место отрицатель" ный перепад с высокого на низкий уровень напряжения.Если из положения Х4,5 Ь подвижный элемент 80 начинает движение влево по фиг. 4, т.е, в направлении убывания координаты Х, то при достижении его центром участка 3,5 ЬХ4 Ь на инверсном выходе компаратора 43 устанавливается сигнал высокого уровня (на этом участке ближайшим к подвижному элементу 80 является считьг вающий элемент 85).Перепад напряжения на инверсном выходе компаратора 43 в этом случае положителен, и формирователь 38 выдает импульс, который через элемент И 55 второй группы устанавливает триггер 64 в нулевое состояние, т,е. на инверсном выходе триггера 64 устанавливается сигнал высокого уровня.Поэтому на участке 3,5 Ь сХ 4 Ь сигнал высокого уровня с выхода элемента И 52 через элемент ИЛИ 63, элемент И 75, элемент ИЛИ 71 воздейству1241474 10 Д Ь УД гД г,Д зД ю,Д ,Д ,хД,х ет на вход шифратора 66, что соответствует поддержанию выходного кода устройства А = 11,При дальнейшем продвижении подвижного элемента 34 влево по фиг, 4 изменения значений выходного кода А происходят:в точке Х = 3 д, когда на инверсном выходе компаратора 42 устанавливается сигнал высокого уровня, подаваемый через элемент И 50, элемент ИЛИ 62, элемент И 74, элемент ИЛИ 70 на вход шифратора 66 (А = 10);в точке Х = 2 Ь , когда на инверсном выходе компаратора 41 устанавливается сигнал высокого уровня, подаваемый через элемент И 48, элементИЛИ б, элемент И 73, элемент ИЛИ 69на вход шифратора 66 (А = 01);в точке Х = , когда на инверсномвходе компаратора 40 устанавливаетсясигнал высокого уровня, подаваемыйчерез элементы И 56 и 72, а такжеэлемент ИЛИ 6 В на вход шифратора 66,1 О График полученной зависимости пе"ремещение Х -:выходной код А" изображен на фиг. 3,При повторении, рассмотренного цикла перемещения подвижного элемента34 описанный процесс функционированияданной модификации предлагаемого устройства повторяется.1241474юг к Составитель А. Сидоренкоженко Техред О.Гортвай Корректо илипеНед Редак Заказ 3614/56 5 риятие Тираж 816 ВНИИПИ Государств по делам иэобре 3035, Москва, Жизводственно-полигра 4 жческ Подписноенного комитета СССений и открытий