Преобразователь перемещения в код

(51)4 Н 03 М 1/50 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ики Б ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО делАм изОБРетений и ОткРытий АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Отдел физики и математ ашкирского филиала АН СССР (72) А.И.Никонов(56) Авторское свидетельство СССР В 550662, кл, Н 03 М 1/22, 1977.Авторское свидетельство СССР У 1144192, кл. Н 03 М 1/68, 1985. (54) ПРКОБРАЗОВАТКЛЬ ПКРКМКЩКНИЯ В КОД(57) Изобретение относится к технике аналого-цифрового преобразования перемещений и может использоваться в системах автоматики дискретного дей,ствия, содержащих контролируемые под вижные объекты. Целью изобретения является повышение точности преоб- разователя. Преобразователь перемещения в код содержит блок считывания, блок согласования, блок грубого отсчетаф,. блок точного отсчета. Поставленная цель достигается за счет того, что блок считывания питается пилообразным током, зависимость вы" ходных напряжений блока считывания от перемещения аппроксимируется зависимостью напряжения от времени в блоке точного отсчета. Значение выходного напряжения работающей вторичной обмотки считывания сравнивается с изменяющимся напряжением в блоке точного отсчета, интервал времени от начала изменения напряжения в блоке точного отсчета до момента с установления равенства этого напряжения и напряжения на выходе работающей вторичной обмотки блока считывания преобразуется в код, значе- С ние которого равно перемещению. 5 нл, 12Изобретение относится к технике аналого-цифрового преобразования пе ремещений и может быть использовано в системах автоматики дискретного действия, содержащих управляющие вы" числительные машины.Цель изобретения - повышение точности преобразователя перемещения в код.На Фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя перемещения в код, на Фиг. 2 - конструкция блока считывания; на Фиг. 3 - графики зависимости напряжений на информационных выходах блока считывания от перемещений подвижного элемента, ,на Фиг. 4 - временные диаграммы работы преобразователя; на фиг. 5 - совмещенные по осям ординат график временной зависимости выходного напряжения функционального преобразователя блока точного отсчета и график зависимости выходного напряжения одной из вторичных обмоток блока считывания от перемещения.Преобразователь перемещения в код содержит блок 1 считывания, блок 2 согласования, блок 3 грубого отсчета, блок 4 точного отсчета, Блок 1 считывания выполнен в виде первичной обмотки 5 и К вторичных обмоток 6-8 (иа фиг, 1 приведен пример для К=З). Блок 2 согласования выполнен в виде пороговых элементов 9-11, ключей 12- 14, порогового элемента 15, элементов И 16-18, интерторов 19-21, элемента И 22. Блок 3 грубого отсчета выполнен в виде элементов И 23-26, регистра 27, преобразователя 28 кода с выходом 29. Блок 4 точного отсчета выполнен в виде генератора 30, делителя 31 частоты, генератора 32 пилообразного тока, элемента И-НЕ 33, компаратора 34, элемента И 35, счетчика 36, регистра 37 с выходом 38, Формирователя 39 импульса и сумматора 40, делителя 41 напряжения, ключа 42, интегратора 43, делителя 44 напряжения, интегратора 45, делителей 46 и 47 напряжения, образующих функциональный преобразователь 48.Блок 1 считывания выполнен в виде ферромагнитного цилиндрического основания 49 с закрепленными на нем первичной обмоткой 5 и вторичными обмотками 6-8, вторичные обмотки 6-8 разделены между собой диэлектрическими прокладками 50, подвижного эле 95518 2мента 51, выполненного в виде пологоферромагнитного цилиндра.Преобразователь перемещения в кодработает следующим образом.5 Выходные импульсы задающего генератора 30 преобразуются делителем 3 1частоты в сигналы пониженной часто"ты, длительность импульсов которыхблизка к периоду их следования, Им пульсы управляют работой генератора32 таким образом, что в течение ихдлительности на выходе генератора32 формируется пилообразный ток, который создает линейно изменяющийся 15 магнитный поток между обмотками 5-8.Магнитное сопротивление цепи, покоторой замыкается каждая из составляющих магнитного потока, в основномскладывается из магнитного сопротив ления участков Ферромагнитного основания 49, охватываемых соответствующей вторичной обмоткой 6-8,и магнитного сопротивления воздушной области,окружающей соответствующую обмотку 256-8. Причем, когда к обмоткам 6-8приближается подвижный элемент 51,магнитное сопротивление воздушнойобласти снижается тем сильнее, чем 30большая часть. данной вторичной обмотки охватывается подвижным элементом 51.Таким образом, величины магнитныхпотоков через вторичные обмотки 6-8зависят от координаты подвижного 35 элемента 51, отсчитываемой вдоль осих контролируемых перемещений (ось хнеподвижна, координата Х для определенности отсчитывается по положениюпервой правой кромки подвижного элемента 51, фиг, 2). Так, для положения, изображенного на фиг. 2, вторичная обмотка 6 охвачена подвижнымэлементом 51 полностью, поэтому значение магнитного потока через обмотку6 максимально. Вторичная обмотка 7охвачена подвижным элементом 51 частично: правая кромка подвижного элемента 51 (Фиг. 2) не выходит за правую границу вторичной обмотки 7.50 Вторичная обмотка 8 (фиг, 2) вовсене охвачена подвижным элементом 5 1,чем обусловлено распределение магнитных потоков через обмотки 6-8 вданном положении подвижного элемен та 51.Форма изменения магнитных потоковво времени повторяет форму создающего их тока.3 1295Напряжения, снимаемые с выходов вторичных обмоток 6-8 в интервалах рабочего хода генератора 32, постоянные, величина их зависит от положения обмоток 6-8.5Вторичные обмотки 6-8 соединены с входами пороговых элементов 9-11 и 15 блока 2 теми из своих выводов, полярность напряжения на которых относительно общей шины преобразовате ля в течение рабочих интервалов положительна.Графики зависимостей напряжений Б, Б , У обмоток 6-8 от координаты3 ФХ подвижного элемента 51 показывают 15 одинаковую закономерность напряжений вторичных обмоток 6-8 от величины перемещения Х (фиг. 3).Каждый из пороговых элементов 9-11 имеет один и тот же уровень сра батывания, превышение которого выходным сигналом. ведет к смене выходного напряжения порогового элемента. Пороговый элемент 15 имеет уровень срабатывания, соответствующий достиже нию правой кромкой подвижного элемента 51 положения правой границы зоны преобразования.Когда подвижный элемент 51 выведен из эоны преобразования и не охватыва-ЗО ,ет ни одну из вторичных обмоток 6-8,их выходные сигналы не превышают пороговых значений. С выходов пороговых элементов 9-11 и 15 на входы элементов И 23-26 поступают напряжения низ-З 5 кого уровня.По отрицательным фронтам выходных импульсов делителя 31 частоты с не-. большой задержкой запускается формирователь 39, выходные импульсы кото б рого стробируют занесение информации с пороговых элементов 9"11 и 15 в регистр 27. Эта информация заносится в регистр 27 в виде кода, значение которого слева направо соответствует состояниям выходов пороговых элементов 9-11 и 15.В рассматриваемом случае значения всех цифр разрядов равны нулю (0000), На выходе 29 преобразователя 28 ус- о танавливаются также нулевые значения (000).Если правая кромка подвижного элемента 51 заходит на участок вторичной обмотки 6, то на выходе порого- у вого элемента 9 появляется сигнал высокого уровня (фиг, 3) и комбинация выходных состояний пороговых эле 518 4ментов 9-11 и 15 принимает значение 1000, очередным выходным импульсом формирователя 39 заносится в регистр 27 и преобразователем 28 приводится к виду 00 1, Когда все три вторичных обмотки 6-8 полностью охвачены подвижным элементом 51, выходной сигнал вторичной обмотки 8 достигает уровня срабатывания порогового элемента 15 и превышает его. Кодовая комбинация выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15 заносится по импульсу формирователя 39 в регистр 27 и имеет вид 1111. На выходе преобразователя 28 код имеет значение 100.Занесение выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15 происходит по импульсу формирователя 39, причем время задержки переключения выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15 выбрано превышающим время задержки начала выдачи выходного импульса формирователем 39 от- - сительно отрицательного фронта выходного импульса делителя 31 частоты. Дополнительную задержку изменения выходных сигналов пороговых элементов 9-11 и 15 вносит генератор 32. Длительность выходных импульсов формирователя 39 выбирается такой, чтобы в регистр 27 заносилась кодовая комбинация выходных состояний пороговых элементов 9-11 и 15, сохраняемая ими в течение определенного времени после окончания рабочего интервала.Формирование младших разрядов выходного кода преобразователя про-,. исходит следующим образомПоступление напряжения высокого уровня на управляющие входы ключей 12-14 и 42 ведет к замыканию их, а напряжения низкого уровня - к их размыканию.Поскольку на участках установки вторичных обмоток 6-8 зависимости их выходных напряжений от перемещения повторяют друг друга (с учетом сдвига на постоянное расстояние), рассмотрение процесса формирования младших разрядов приводится лишь для одного из этих участков, а именно на участке вторичной обмотки 6.Ключ 12 замкнут выходным напряжением элемента И 16, а ключи 13 и 14 разомкнуты. Через замкнутый ключ 12 подается напряжение с обмотки 6. Функциональная зависимость выходного напряжения обмотки 6 от расстояния Х известна либо по результатам про 1295518ектных расчетов блока 1, либо по результатам его испытания и может быть представлена в ниде многочлена11,(Х) = аХ + а Х +++аХ+а о где и - натуральное число;ааа - коэффициент аппроксимации.С достаточной степенью точностизависимость напряжения от перемещения Х можно аппроксимировать много- .членом третьей степени. Эта зависимоть Формируется следующим образом.На выходе делителя 47 напряжения выделяется постоянное напряжение, Через делитель 41 напряжения протекает выходной ток генератора 32, на выходе которого выделяется линейно возрастающее во времени напряжение.На выходе интегратора 43 выделяется напряжение, пропорциональное квадрату времени, в течение которого оно интегрируется, а на выходе интегратора 45 выделяется напряжение, пропорциональное кубу интервала времени, в течение которого оно интегрируется. В сумматоре 40 выходные напряжения делителей 41, 44, 46 и 47 суммируются и на выходе получается зависимость напряжения от времени, аналогичная зависимости напряжения на вторичных обмотках 6-8 от перемещения Х. Выходное напряжение сумматора 40 (фог. 4) сравнивается на первом входе компаратора 34 с напряжением вторичнойобмотки 6, подаваемым через замкнутый ключ 12 на второй вход компаратора 34. С момента начала рабочего цикла и до момента, . квгда напряженке с выхода сумматора 40 сравняется с напряжением на информационном выходе блока 1, с выхода компаратора 34 на вход элемента И 35 подается напряжение высокого уровня.Выход порогового элемента 9 находится в единичном состоянии, а выход порогового элемента 15 - в нулевом, На оба входа элеманта И 22 поступают сигналы высокого уровня. С выхода элемента И 22 иа вход элемента И 35 подается напряжение высокого уровня. Таким образом, в течение интервала времени, пока напряжение на выходе сумматора 40 меньше напряжения на информационном выходе блока 1, на счетный вход счетчика 36 поступают импульсы с генератора 30. Двоичный код, сформированный счетчиком 36 и заносимый н регистр 37, пропорционален координате Х подвижного элемента 51 на участке установки вторичной обмотки 6. 11 осле срабатывания компаратора 34 нарастание выходного напряжения сумматора 40 продолжается (фиг. 5). Таким образом, на выходе 38 Формируется код младших разрядов координаты Х положения подвижного элемента 51.Общий выходной код преобразователя определяется совокупностью выдаваемых на выходе 29 значений старших разрядов и выдаваемых на выходе 38 значений младших разрядов.После записи двоичного кода счетчика 36 в регистр 37 выходной импульс элемента И-НЕ 33 (фиг. 4) устанавливает счетчик 36 в исходное состояние и описанный процесс преобразования координаты Х повторяется,Когда подвижный элемент 51 не охватывает.ни одной из вторичных обмоток 6-8 или охватывает полностью все вторичные обмотки 6-8, на выходе 38 регистра 37 значение кода равняется нулю. Формула и з обретенияПреобразователь перемещения вкод, содержащий блок считывания,выпол" ненный в виде К вторичных обмоток и подвижного элемента, блок согласования, выполненный в виде (К + 1) элементов И и двух ключей, блок точного отсчета, выполненный в виде регистра, блок грубого отсчета, выполненный в виде регистра, блок считывания информационными выходами соединен с информационньци входами блока согласования, выходы грубого отсчета которого соединены с информационными входами блока грубого отсчета, авйход точного отсчета - с информационным входом блока точного отсчета, 50о т л и ч а ю щ и й с я тем чтоУ Ус целью повышения точности преобразователя, в нем в блок считывания введены первичная обмотка и ферромагнитное цилиндрическое основание, на котором по всей длине расположена первичная обмотка, поверх которой расположены К вторичным обмоток,,выполненных в виде секций, которые разделены диэлектрическими проклад29)518 35 40 50 1 ками, а подвижный элемент выполнен в виде ферромагнитного цилиндра, охватывающего вторичные обмотки, выходы вторичных обмоток являются информационными выходами блока считывания, первый конец первичной обмотки является управляющим входом блока считывания, а второй конец первичной обмотки - управляющим выходом блока считывания, в блок согласования введены К инверторов, (К) ключа и (К+1) пороговых элемента, входь К пороговых элементов являются информационными входами блока согласования и соединены с информационными входами соответствующих ключей, выходы которых объединены и являются выходом точного отсчета блока согласования, выходы К пороговых элементов соединены с первыми входами одноименных элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами одноименных ключей, вход (К+1)-го по"рогового элемента соединен с входом К-го порогового элемента, выход каждого из последующих пороговых элементов соединен через соответствующий инвертор с вторым входом предыдущего элемента И, первый вход первого элемента И и второй вход К-го элемента И соединены с входами (К+1)-го элемента И, выход которого является управляющим выходом блока согласования, выходы пороговых элементов являются выходами грубого отсчета блока согласования, в блок точного отсчета введены задающий генератор, делитель частоты, генератор пилообразного тока, формирователь импульсов, четыре делителя напряжения, ключ, два интегратора, сумматор, компаратор, элемент И-НЕ, элемент И и счетчик, выход задающего генератора соединен с первым входом элемента И и входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ, входом формирователя импульса, первым входом первого делителя напряжения, управляющим входом ключа и управляющими входами интеграторов и входом генератора пилообразного тока, выход которого является первым управляющим выходом блока точного отсчета, первый вход второго делителя напряжения. является первым управляющим входом блока точного отсчета,выход второго делителя напряжениясоединен через ключ с входом первогоинтегратора, выход которого соединенс первым входом третьего делителянапряжения и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом четвертого делителя напряжения, вторые входы делителей напряжения соединены с общей шиной, а 10 выходы - с соответствующими входамисумматора, выход которого соединенс первым входом компаратора, второйвход которого является информационным входом блока точного отсчета, авыход соединен с вторым входом элемента И, третий вход которого является вторым управляющим входом блока точного отсчета, а выход соединенс счетным входом счетчика, выход которого соединен с информационнымвходом регистра, выход которого является информационным входом блокаточного отсчета, выход формирователяимпульса соединен с вторым входомэлемента И-НЕ, входом записи регистра и является вторым управляющим выходом блока точного отсчета, выходэлемента И-НЕ соединен с входом обнуления счетчика, в блок грубогоотсчета введены (К+ 1) элементов И .и преобразователь кода, первые входыэлементов И являются информационны.ми входами блока грубого отсчета,второй вход первого элемента И соединен с вторыми входами остальных элементов И и является управляющимвходом блока грубого отсчета, выходыэлементов И соединены с соответст"вующнми входами регистра, выход которого соединен с входом преобразователя кода, выход которого являетсяинформационным выходом блока грубогоотсчета, первый управляющий выходблока точного отсчета соединен с управляющим входом блока считывания,управляющий выход которого соединенс первым управляющим входом блокаточного отсчета, второй управляющийвыход которого соединен с управляющим входом блока грубого отсчета,управляющий выход блока согласованиясоединен с вторым управляющим входом блока точного отсчета, информационные выходы блока точного отсчета и 55 блока грубого отсчета являются выходами преобразователя.Тираж 902 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаушсПодписное комитета СССР открытий ая наб., д. 4