Преобразователь угла поворота вала в код

/2 114 Н ЗСГГО ОАНИЕ ИЗОБРЕТ ЛЬСТИ стижения цели в преобразователе кодовая дорожка среднего отсчета кодового диска разделена на 2" равных сеторов, где и - натуральное число, акаждый сектор разделен нэ 2 участков, причем шаг делений первого сектора (угловой размер участка) равенкванту младшего разряда кода грубогоотсчета, шаг делений (угловой размер участка) последующих секторов равен угловой величине (кванту) СССР1982ССР1984.ВОРОТА Уа,зряда код предьщущег аждого учас тупенчатой каждой сту не (кванту) сФо рмиросектора.а дорожка томаЦеделах ичена иниеи. Угло ени равна у младшего ра личин велич ая шен долов ряд ормируемого этим с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР К АВТОРСХОМУ СВИ(71) Институт радники АН АрмССР(56) Авторское свидетельствоУ 1022201, кл. Н 03 М 1/26,Авторское свидетельство С1238237, кл. Н 03 М 1/24,54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ УГЛА ПОЛА В КОД(57) Изобретение относится к атике и вычислительной технике.лью изобретения является повышразрешающей способности и уменгабаритов преобразователя. Для л. У 19иофиэики и электроЯ 3 Я 13,13 СНЪЛМОТСМА131 ром, а число ступеней равно числу кодовых комбинаций. Дорожка грубого отсчета может быть выполнена аналогично одному шагу дорожки среднего отсчета, а дорожка точного отсчета выполнена равномерно квантованной. Сигналы с фотоприемников 1 и 2, установленных против дорожки грубого отсчета кодового диска, формирователеи 9 кода грубого отсчета преобразуются в код старших разрядов выходного кода, который управляет работой коммутатора 10, осуществляющего подключение аналого-цифровых преобразователей 13- 16 к фотоприемникам 3-6, установленным против дорожки (АЦП) среднего отсчета кодового диска так, что в каж дом из АЦП 13-16 осуществляется, преобразование сигнала, снимаемого с одного и того же сектора дорожки среднего отсчета. Из двукраэрядных кодов на выходах АЦП 13-16 элементами, ИС 2735КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28 осуществляется формирование выходного кода среднего отсчета. Сигналы, снимаемые фотоприемниками 7 и 8 и формирователем 1 кода точного отсчета, преобразуются в и младших разрядов (точный отсчет) выходного кода. Согласование отсче" тов осуществляется сигналами, сформированными Формирователями 17-20 согласующих сигналов. Иэ сигналов старшего разряда кода точного отсчета в зависимости от кодов младшего разряда, грубого отсчета для первого сек- тора кодовой дорожки, среднего отсчета кодового диска и в зависимости от кода младшего разряда предыдущего сектора формируются сигналы для остальных секторов кодовой дорожки среднего отсчета. Согласование грубого отсчета осуществляется аналогично в формирователе 9 кода грубого отсчета. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.Целью изобретения является повышение разрешающей способности и умень О Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками и в систеиах управления телескопами шение габаритов преобразователя. На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг, 2 - дорожкагрубого отсчета и фрагмент дорожкисреднего отсчета кодового, диска преобразователя и расположение фотоприемников относительно этих дорожек; на фиг. 3 - диаграьвы, поясняющиепроцесс формирования сигналов среднего отсчета преобразователя; на фиг.4 аналого-цифровой преобразователь на фиг. 5 - варианты выполнения формирователей согласующих сигналов, на фиг. 6 - формирователь кода грубого отсчета.Преобразователь угла поворота вала в код содержит излучатели, индикаторный и кодовый диски (не показаны), фотоприемники грубого отсчетаи 2, среднего отсчета 3-6 и точного отсчета 7-8, формирователь 9 кода 20 25 ггрубого отсчета, коммутатор 10, формирователь 1 кода точного отсчета,источник 12 опорного напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП)13-16, формирователи 17-20 согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 2-28, Каждый иэ АЦП 13-6 (фиг.4)содержит резистивную матрицу 29,сумматоры 30-32, компараторы 33-35,дешифратор 36 на элементах ИСКЛЮЧАЮ-,ЩЕЕ ИЛИ 37 и выходы 38-40, а каждыйиз формирователей 17-20 согласукицихсигналов - инвертор 41, делитель 42,напряжения и коммутатор 43 (фиг. 5 а )или элемент ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ 44 и делитель 45 (фиг. 5 Б). формирователь,9 кода грубого отсчета (фиг. 6) содержит формирователи 46 и 47 согласу.ющих сигналов, выполненные аналогично формирователям 17-20, коммутаторы 48 и 49, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ50 и АЦП 51 и 52, выполненные аналогично АЦП 13-16,Дорожка грубого отсчета кодового диска преобразователя (фиг. 2 О )содержит активный (прозрачный) участок, ограниченный ступенчато возрастающей линией с -угловым размеромступени Ы, равным 360 /2 , где35 Кндр с -ВОнса =2-1 Ас2 - 1 3 13127 натуральное число (для случая, когда 1=2 (фиг, 2 д ), с 1 =90 ). Радиальный размер дорожки грубого отсчета изменяется от радиуса Квнутренней до радиуса К , наружной границ дорожки. Радиальный размер а ступени определяется выражением При =2 и двух фотоприемниках 1 и 2 грубого отсчета (1=2) угол между их осями составляет где 1 - число фотоприемников 1 и 2грубого отсчета.Дорожка среднего отсчета разделена на четыре равных сектора (п=2) и 2 О считывается четырьмя фотоприемниками 3-6. Каждый сектор содержит 2 участков, где ш - натуральное число. Угловая величина участка первого сектора равна 1 =45 (т.е, кванту млад щего разряда выходного кода грубого отсчета преобразователя), а угловая величина участка каждого последующего сектора - угловой величине (кванту) младшего разряда выходного кода, ЗО сформированного от предыдущего сектора, Она определяется выражением где ш - натуральное число.Для приведенного примера (фиг.2 б )Ы, ов=2, поэтому Н= , =11 15 , 11= =248 45, И =42 11, 25 , В пределах 40 одного участка радиальный размер дорожки среднего отсчета ступенчато возрастает, а в пределах сменного участка - ступенчато убывает, В каждом секторе угловой размер ступени1 определяется выражением а(= - . Для2 укаэанного примера (ш=2) , =11 15 с=248 45, с(=42 11)25", о 4=1038,8. Величина ступени в радиальном направпении радиальный размер ступени определяется выражением Дорожка точного отсчета кодовогодиска преобразователя (не показана)выполнена равномерно квантованной исодержит деления с угловой величиной шага, равной угловому размеру ступени последнего сектора дорожки среднего отсчета кодового диска. В данном случае квант равен 360/2" Информация считывается с нее фотоприемниками 7 и 8.Преобразователь работает следующимобразом,При вращении вала преобразователя, кинематически соединенного с кодовым диском, на фотоприемниках 1 и2 выделяются сигналы, пропорциональные падающему на них световому потоку от излучателей. Эти сигналы, поформе близкие к ступенчато возрастающей функции, поступают на формирователь 9 кода грубого отсчета, на выходе которого формируются три сэ аршихразряда выходного кода (грубый отсчет).Информационные входы АЦП 51 и 52являются информационными входами формирователя 9 и подключены к фотоприемникам 1 и 2 (фиг. 6). На выходах38 и 39 АЦП 51 образуются два старших разряда выходного кода преобразователя. На выходах 38 и 39 АЦП 52образуется двухраэрядный код, смещенный на половину кванта младшегоразряда по отношению к коду А 1 Д 51,так как оси фотоприемников 1 и 2 разнесены на угол, равный 45 . Иладшийразряд выходного кода грубого отсчета выделяется на выходе элементаИСКЛЮЧАЮПЕЕ ИЛИ 50, входы которогочерез коммутаторы 48 и 49 подключенык выходам 39 (младших разрядов) АЦП51 и 52. На фотоприемниках 3-6 среднего отсчета образуются сигналы, которые поступают на входы коммутатора 10, на управляющие входы которого подаются сигналы трех старших разрядов выходного кода, сформированных в формирователе 9 кода грубого отсчета, Переключение в коммутаторе 10 происходит таким образом, что на каждый из его выходов поступает сигнал с одного и того же сектора дорожки среднего отсчета кодового диска в пределах полного .оборота вала, Эти сигналы (фиг. 3 р ) поступают на информационные входы АЦП 13-16, каждый из которых формирует прямоугольные сигналы по трем уровням, соответствующим трем ступеням входного напряжения (фиг.3 6, 6 и 1 ). На выходах каждого из АЦП 13-16 образуются возрастающий д-,хразрядный двоичный код при ступенча131273 5то возрастающем напряжении 11 насинформационном входе каждого из АЦП 13-16 в пределах одного участка сектора и убывающий при ступенчато убывающем напряжении 11 с в пределах смеж ного участка (Фиг, Зи и д ). Эти сигналы поступают на первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28,на выходах которых получается воэрастакщий восьмираэрядный двоичный код О (средние разряды выходного кода) в пределах полного оборота вала (Фиг.Зх и, средний отсчет), Для этого навторые входы элементов ИСКЛЮЧАКЩЕЕИЛИ 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, 27 и28 подключенных к выходам соответствующих АЦП 13-16, подаются сигналывыходного кода следующего по номерустаршего разряда по отношению к ко 15 тов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28 (фиг. 3 е),На фотоприемниках 7 и 8 точного отсчета выделяются квадратурные сигналы, поступакщие на формирователь 25 11 кода точного отсчета, которым осуществляется Формирование и младших разрядов выходного кода (точный отсчет). формирователь 11 представляет собой интерполятор, выполненный, например, в виде последовательно включенных блоков Формирователей, деши 4 г ратора и потенциометрического моста,Согласование среднего и точного отсчетов преобразователя осуществляется управлением пороговыми напряжениями компараторов 33-35 АЦП3-16 сигналами, вырабатываемыми формирователями7-20 согласующих сигналов из сигнала старшего (и-го) разряда младших разрядов выходного кода (разряд точного отсчета). Для этого постоянные напряжения с выходов реэистивной (Кк) матрицы 29 АЦП 13-16 (фиг. 4), вход которой является входом опорного напряжения 00 АЦП 1345 16 и подсоединен к источнику 12 опорного напряжения, суммируются в сумматорах 30-32 с согласующим сигналоми подаются на пороговые входы компараторов 33-35, на объединенные информационные входы которых посту пает напряжение Бс с соответствующего фотоприемника 3-6. 50 Опорные напряжения 1 и амплитуда напряжения согласующего сигнала Цвыбираются таким образом, чтобы пороговые уровни 11, У и 0 на входах компараторов 33-35 не превышали по 55 ду, формируемому данной парой элемен 5 6ловины амплитуды соответствующей ступени входного сигнала 119, а уровни1 и Б - превышали половину амплитуды соответствующей ступени, но были меньше целой амплитуды (Фиг.З а )При считывании логической "1" в старшем разряде точного отсчета Формирование выходных сигналов компараторов 33-35 осуществляется по верхним уровням У, Б и И, чем обеспечивается отставание кода. При считы-, вании логического "Он в старшем разряде точного отсчета Формирование сигналов осуществляется по нижним уровням Г 1 Бз и Г 5, чем обеспечивается опережение кода. При положении кодового диска, когда величина сигналов Фотоприемников 3-6 находится в интервалах между напряжениями О, и 1 У и Ц, У и Б, изменение кода в старшем разряде точного отсчета с "1" на "0" приводит к изменению выходного кода среднего отсчета с отстающего на опережающий. Сигнал, сформированный компаратором 34 по средней ступени (Фиг.З в ), поступает на выход 38 АЦП 13-16 непосредственно и является старшим разрядом, Формируемым данным АЦП 13-16. Сигналы компараторов 33 и 35, сформированные по верхней и нижней ступеням (Фиг. 3 Ь и 1 ) подаются на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЕЕ ИЛИ 37-1, с выхода которого сигнал поступает на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37-2, на другой вход которого подается сигнал с компаратора 34, а на выходе формируется младший значащий разряд (выход 39). Согласование ступенчато убывающего напряже" ния сигналов среднего отсчета осуществляется инверсным сигналом старшего разряда точного отсчета, для чего в промежутках между ступенчато возрастающим и ступенчато убывающим напряжениями производится коммутация сигнала старшего разряда точного отсчета на инверсный Формирователь 17 согласующих сигналов, Для этого на второй вход каждого из формирователей 7-20, подключенного к соответствующему АЦП 13-16, подается сигнал выходного кода следующего по номеру старшего разряда по отношению к коду, вырабатываемому этим АЦП 13-16 (сигнал с выхода младшего разряда формирователя и с выхода элементов7 1322, 24 и 26 соответИСКЛ 10 ЧАКС 1 ЕЕ ИЛИственно),При применении Формирователей 17- 20, выполненных на инверторе 41, делителе 42 напряжения и коммутаторе 43 (Фиг. Зм ), сигнал старшего разряда кода точного отсчета прямо и через инвертор 41 поступает на делитель 42 напряжения, выходы которого подключены к входам коммутатора 43. В зависимости от логического уровня коммутирующего сигнала Г на выходКомкоммутатора 43 проходит прямой или инверсный сигнал старшего разряда точного отсчета, амплитуда которого определяется коэффициентом деления делителя 42 напряжения.При применении Формирователей 1720 согласующих сигналов, выполненных на элементе ИСКЛЮЧАЯ 1 ЕЕ ИЛИ 44 и делителе 45 напряжения, коммутация сигнала старшего разряда точного отсчета осуществляется элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 44, на входы которого подаются коммутирующий и коммутируемый сигналы (Б,м и п), а амплитуда согласующего сигнала устанавливается делителем 45 напряжения, подключенным к выходу элемента ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ 44, Согласование грубого отсчета преобразователя осуществляется анало 12735 8 5 10 15 го г 5 30 деляется на выходе 38 АЦ 11 51 (52),Таким образом, достигается одновременность смены (и+11), (и+10) и(и+9) разрядов кода грубого отсчеталри формировании задних Фронтов сигналов фотоприемников 1 и 2.Тот или иной вариант построенияузлов преобразователя определяетсябазовой серией интегральных микросхем, а также конкретным выполнениемкодового диска преобразователя, вчастности числом секторов и ступенейв секторе,В грубом отсчете преобразователяможег быть использовано кольцевое кодирование, что при предлагаемом числе Фотоприемников грубого отсчетаснижает разрешающую способность преобразователя на один двоичный разряд.Предлагаемый преобразователь позволяет получить одиннадцать старшихразрядов на двух дорожках при шестифотоприемниках и и младших разрядовпри дорожке точного отсчета с квантом, равным 360/2.Число ступеней линий, ограничивающих активные участки дорожек грубого и среднего отсчетов, может бытьувеличено и за счет этого повышается разрешающая способность преобразователя беэ увеличения числа дютоприемников и его диаметра.го сигнала одного АЦП 51 (52) испольгичньи образом при помощи согласующих сигналов, вырабатываемых формирователями 46 и 47 (Фиг. 6) которые выполняются по схемам формирователей17-20. В качестве коммутирующегосигнала для Формирования согласуяцезуется сигнал, сформированный другим АЦП 52 (51) по уровням Б и Гь (фиг, 3 а ), который выделяется на выходе 40 (фиг, 4 и фиг. 3), И наоборот для коммутации согласующего сигнала второго АЦП 52 используется сигнал, сформированный первым АЦП 51 по тем же уровням. Согласование задних фронтов сигналов грубого отсчета осуществляется при помощи коммутаторов 48 и 49 сигналами с выходов АЦП 51 и 52 (Фиг. 6). Области заднего фронта сигнала, поступающего с фотоприемника 1 (2) на АЦП 51 (52), соответствует уровень логичес кой "1" на выходе 40 АЦП 52 (51).В этом положении кодового диска на выход коммутатора 49 (48) поступает сигнал, сформированный по уровням Б и Бф (Фиг. 3 а), который вы 35 40 45 50 55 Формула изобретения1, Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий излучатели, оптически соединенные через индикаторный диск и кодовый диск с дорожками грубого, точного отсчетов и,дорожкой среднего отсчета, разделенной на 2" равных секторов, где п - натуральное число, с фотоприемниками грубого, точного и среднего отсчетов, выходы Фотоприемников точного отсчета соединены с входами формирователя кода точного отсчета, выходы Фотоприемников грубого отсчета соединены с инФормационными входами формирователя кода грубого отсчета, первый и второй управляющие входы которого соединены с вьмодом старшего разряда формирователя кода точного отсчета и выходом источника опорного напряжения, а выходы соединены с управляющими входами коммутатора, информационные входы которого подключены к выходам 2" Фотоприемников среднего отсчета, элементы ИСНЛЮЧАЮ 111 ЕЕ ИЛИ, выходы которых и выходы формирователей55 кода точного и грубого отсчетов являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и уменьшения габаритов преобразователя, в него введены по числу фотоприемников среднего отсчета аналого-цифровые преобраэонатели и формирователи согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАО 1 ЕЕ ИЛИ объединены в 2" пар, а каждый сектор дорожки среднего отсчета кодового диска разделен на 2 , где ш - натуральное число, участков, выполненных со ступенчатым равномерно изменяющимся от радиуса Кв внутренней до радиусаВнсК , наружной границ дорожки среднего отсчета радиальным размером и расположенных так, что равные радиальные размеры смежных участков совмещены, угловая величина 11,. каждого участка первого сектора равна угловому эквиваленту кванта младшего разряда кода грубого отсчета, угловая величина Е. каждого участка каждого последующего сектора равна угловому размеру с; ступени предыдущего сектора, который равен Й;= радиальный размер ас ступени равен ас=КндР.с Кьн с- выходы коммутатора сое 2-1динены с первыми входами аналого-цифровых преобразователей, вторые входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, выход старшего разряда формирователя кода 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 точного отсчета соединен с первыми нходами формирователей согласующих сигналов, выходы которых соединены с третьими входами одноименных аналого-цифровых преобразователей, выходы каждого из которых соединены с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ одноименной пары, нторые входы которых соединейы с вторым входом одноименного формирователя согласующих сигналов, выход младшего разряда формирователя кода грубого отсчета соединен с вторым входом первого формирователя согласующих сигналов, второй нход каждого последующего формирователя согласующего сигналов соединен с выходом четного элемента ИСКДОЧАЮЩЕЕ ИЛИ предыдущей пары.12. Преобразователь по и. 1, о тличающийс я тем, чтодорожка грубого отсчета кодового диска выполнена со ступенчатым равномерно изменяющимся от радиуса К , внутренней до радиуса Кнор с наружной границ дорожки грубого отсчета радиальным размером, причем угловой размер 360каждой ступени равен с =где2 1 натуральное число, а радиальный Кнс.г -Кдн.г размер ступени равен а2 ка угол между осями фотоприемников грубого отсчета равен 360 с/(2" где 1 - число фотоприемников грубого отсчета,3. Преобразователь по пп. 1 и 2,о т л и ч а ю Ш и й с я тем, чтоформирователь кода грубого отсчетасодержит элемент ИСКЛЮЧАЯ 1 ЕЕ ИЛИ,два коммутатора, два формирователясогласующих сигналов и два аналогоцифровых преобразователя, первые нходы которых являются информационными входами формирователя кода грубого отсчета, первые входы формиронателей согласующих сигналов объедииены и являются первым управляющимвходом формирователя кода грубого отсчета, вторые входы аналого-цифровых преобразователей объединены иявляются вторым управляющим входомформирователя кода грубого отсчета,ныходы формирователей согласующих сигналов соединены с третьими входами одноименных аналого-цифровых преобразователей, первый и второй выходы каждого из которых соединены с первым и вторым входами соотнетственно первого и второго коммутаторов,третьи выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены с третьими входами соответственно второго и перного коммутатора и с вторыми входами соотнетствен" но второго и первого формирователейсогласующих сигналов, выходы коммутаторов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЗХ 11 ЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом младшего разряда фор.мирователя кода грубого отсчета, а первый выход первого аналого-цифроного преобразователя и выход первогокоммутатора являются остальными выходами формирователя кода грубогоотсчета. 4. Преобразователь по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что аналого-цифровой преобразователь содержит дешифратор, компараторы, сумматоры и резистивную матрицу, вход11которой является вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с первыми входами сумматоров, вторые входы которых объединены и являются третьим входом аналого-циФрового преобразователя, выходы сумматоров соединены с пороговыми входами компараторов, информационные входы которых объединены и являются первым входом аналогоцифрового преобразователя, выходы компараторов соединены с входами дешифратора, выходы которого являются выходами аналого-цифрового преобразователя.1а 31 2735 125. Преобразователь по пп. 1-3,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоФормирователь согласующих сигналовсодержит коммутатор, делитель напряжения н инвертор, вход которого является первым входом Формирователя согласующих сигналов и соединен с пер"вым входом делителя напряжения, второй вход которого подключен к выходу 10 инвертора, выходы делителя напряжениясоединены с информационными входамикоммутатора, управляющий вход которого является вторым входом, а вы"ход - выходом формирователя согласующихсигналов.13)2735 оставитель Е.Бударинехред Л.Олейник рректор М.Демчик Редактор И.йулла Закаэ 3 919 56 иэводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 902 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретений 3035, Москва, Ж, РаушсПодписное омитета СССР открытий я наб., д. 4/5