CS215913B1

CS215913B1 - Connection for operation of signals of generator phase metering devices with alternating hour frequency

Info

Publication number: CS215913B1
Application number: CS58079A
Authority: CS
Inventors: Karel Stepanek
Original assignee: Karel Stepanek
Priority date: 1979-01-25
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1982-10-29

Abstract

Vynález se týká zapojení generátorových fázových měřicích zařízení s úhlovými nebo lineárními snímaži polohy, která umožňuje výrobu proměnné hodinové frekvence pro ěíslicový fózoměr nebo číslicově fázový převodník. Podstatou zapojení podle vynálezu je obvod fázové synchronizace, skládající se o z fázového detektoru, dolnopropustného β filtru, napětově řízeného oscilátoru a děliče frekvence, zapojenými v sérii. Oborem použití zapojení podle vynálezu jsou odměřovací polohy, např. pro NC obráběcí stroje.The invention relates to generator wiring phase measuring devices with angular or linear position scans that allows the production of a variable clock frequency for digital phonometer or numerically phase converter. The essence of the invention is a phase synchronization circuit consisting of from a phase detector, a low-pass β filter, voltage controlled oscillator a frequency dividers connected in series. The field of application of the circuitry of the invention are measuring positions, eg for NC machine tools.

Description

Vynález ee týká zapojení pro zpracování signálů generátorových měřicích zařízení s proměnnou hodinovou frekvencí, umožňující číslicové vyhodnocení.The invention relates to a circuit for processing signals of generator measuring devices with variable clock frequency, enabling digital evaluation.

Fázová měřici zařízení lze rozdělit na zařízení transformátorového a generátorového typu. Typická transformátorová fázová zařízení pro měření úhlů jsou selsyny, pro měření délek induktosyny. Selsyn, případně induktosyn, je v podstatě transformátor ae statorovým primárním vinutím, napájeným zdrojem střídavého, nejčastěji dvoufázového napětí a sekundárním vinutím na rotoru selsynu, příp. běžci induktosynu. Otáčením rotoru selsynu, příp. posunováním běžce induktosynu, se mění fáze mezi sekundárním a primárním napětím. Tím je úhlová poloha rotoru selsynu, příp. podélná poloha běžce induktosynu, dána velikostí fáze.Phase measuring devices can be divided into transformer and generator type devices. Typical transformer phase devices for measuring angles are selsynes, and inductosyne lengths. Selsyn, or inductosyn, is basically a transformer and is a stator primary winding, powered by an AC source, most often a two-phase voltage, and a secondary winding on a selsyn rotor, respectively. inductosynn runners. By rotating the selsyn rotor, respectively. by shifting the inductosyne slider, the phase between the secondary and primary voltages changes. As a result, the angular position of the selsyn rotor, respectively. longitudinal position of the inductivyn runner, given by phase size.

Frekvence napájecího napětí selsynu, příp. induktosynu, je odvozena v číslicových měřieíoh a řídicíoh systémech z tzv. hodinové frekvence hodinového oscilátoru'. Tento oscilátor, např. krystalem řízený, vyrábí napětí o frekvenci podstatně vyšěí, např. 1 OOOx vyšší, než je frekvence potřebná pro napájení. Napětí o napájecí frekvenci se obdrží z napětí o frekvenci oscilátoru pomocí děliče frekvence. V uvedeném případě se dělí frekvence oscilátoru 1 OOOkrát.Selsyn supply voltage frequency, resp. inductosyne, is derived from the so-called clock frequency of the clock oscillator in digital measuring and control systems. This oscillator, such as a crystal-controlled oscillator, produces a voltage at a frequency substantially higher, e.g., 1000x higher than the frequency needed to power. The supply frequency voltage is obtained from the oscillator frequency voltage using a frequency divider. In this case, the oscillator frequency is divided by 1000 times.

Hodinová frekvence, jejíž velikost je matematicky přesným násobkem napájecí frekvence, je nezbytná pro číslicové zpracování fázové informace, která se provede pomocí známých číslicových fázoměrů, příp. číslicově fázových převodníků.The clock frequency, the magnitude of which is a mathematically accurate multiple of the supply frequency, is necessary for the digital processing of the phase information, which is carried out by means of known digital phase meters, respectively. digital phase converters.

Generátorová fázová měřicí zařízení, která jsou v mnoha případech výhodnější než transformátorová, vyrábějí sama signály, resp. dvě střídavé napětí, jejichž fáze je dána úhlovou polohou snímacích hlav úhlovýoh snímačů, příp. podélnou polohou snímacích hlav lineárních snímačů. Číslicové zpracování signálů generátorových fázových měřicích zařízení nelze pomocí číslicových fázoměrů, příp. pomocí číslicově fázových převodníků, provést, nebot neexistuje potřebná hodinová frekvence.Generator phase measuring devices, which in many cases are more advantageous than transformer, produce the signals themselves. two alternating voltages, the phase of which is given by the angular position of the sensor heads of the angular sensors, respectively. the longitudinal position of the encoder heads of the linear encoders. Digital signal processing of generator phase measuring devices cannot be done by means of digital phase meters. with the help of digital phase converters, because there is no necessary clock frequency.

Jak bylo již uvedeno, musí být velikost hodinové frekvence matematicky přesným násobkem napájecí frekvence transformátorových fázových měřicích zařízení. Pro generátorová fázová měřicí zařízení musí být velikost hodinové frekvence matematicky přesným násobkem frekvenoe signálů, které v generátorovém fázovém měřicím zařízení vznikají. Řešení tohoto problému je obtížné, nebot frekvence napětí indukovaných ve snímacích hlavách jsou závislé na otáčkách rotorů generátorových fázových měřicích zařízení. Tyto rotory jsou vesměs poháněny asynchronními motorky, jejichž otáčky kolísají vlivem zatížení a vlivem kolísání frekvenoe sítového napětí. Proto i frekvence napětí indukovaných ve snímacích hlavách generátorových fázových měřicích zařízení kolísají.As already mentioned, the magnitude of the clock frequency must be a mathematically accurate multiple of the supply frequency of the transformer phase measuring devices. For generator phase measuring devices, the magnitude of the clock frequency must be a mathematically exact multiple of the frequency of the signals generated in the generator phase measuring device. The solution to this problem is difficult, since the frequencies of the voltages induced in the sensing heads are dependent on the rotational speed of the generator phase measuring devices. These rotors are mostly driven by asynchronous motors whose speed fluctuates under load and due to fluctuations in line voltage frequency. Therefore, the frequency of the voltages induced in the sensing heads of the generator phase measuring devices also fluctuates.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení pro zpracování signálů generátorových fázových měřicích zařízení podle vynálezu, které umožňuje jejich vyhodnocení v číslicových měřicích a řídicích systémech, přičemž pro výrobu napětí o hodinové frekvenci se použije obvod fázové synchronizace, skládající se z fázového detektoru, dolnopropustného filtru, napětově řízeného oscilátoru a děliče frekvence. Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že výstup pevné snímací hlavy je spojen s prvním vstupem fázového detektoru, jehož výstup je přes dolnopropustný filtr spojen se vstupem napětově řízeného oscilátoru, k jehož výstupu je připojen dělič frekvence a vstup pro hodinovou frekvenci číslicového fázo2These disadvantages are eliminated by the signal processing circuit of the generator phase measuring devices according to the invention, which enables their evaluation in digital measuring and control systems, using a phase synchronization circuit consisting of a phase detector, a low-pass filter, a voltage-controlled oscillator and frequency dividers. The principle of the connection according to the invention is that the output of the fixed sensor head is connected to the first input of a phase detector, the output of which is connected via a low-pass filter to the input of a voltage-controlled oscillator.

215 913 měru, zatímco výstup děliče frekvence je jako zpětná vazba spojen s druhým vstupem fázové ho detektoru, přičemž výstup pevné snímací hlavy i výstup oběžné snímací hlavy jsou oba spojeny rovněž se dvěma měřicími vstupy číslicového fázoměru.215 913, while the frequency divider output is feedback coupled to the second phase detector input, both the fixed probe head output and the orbiting probe head output are both also connected to two digital phase meter measurement inputs.

Tímto zapojením se vyrobí napětí o hodinové frekvenci, která je matematicky přesným násobkem frekvence signálu generátorového fázového měřicího zařízení, 1 když tento signál frekvenčně kolísá. Hodinová frekvence kolísá také, přičemž matematicky přesný poměr obou frekvencí nutný pro číslicové zpracování zůstává konstantní.This circuit produces a clock frequency voltage that is mathematically the exact multiple of the signal frequency of the generator phase measuring device 1 when the signal varies in frequency. The clock frequency also varies, while the mathematically accurate ratio of the two frequencies required for digital processing remains constant.

Vynález je schematicky znázorněn na výkresech, kde na obr. 1 je generátorové fázové měřicí zařízení znázorněno ozubeným kolečkem, na obr. 2 je znázorněno blokové schéma zapojení podle vynálezu.The invention is schematically illustrated in the drawings, wherein in Fig. 1 the generator phase measuring device is represented by a toothed wheel, in Fig. 2 a block diagram of the invention is shown.

V příkladném provedení generátorového měřicího zařízení na obr. 1 je toto vybaveno ozubeným kolečkem 1 z feromagnetického materiálu, otáčejícím se pomocí elektromotorku 2.In the exemplary embodiment of the generator measuring device of FIG. 1, this is provided with a gear 1 of ferromagnetic material rotating by means of an electric motor 2.

V blízkosti obvodu ozubeného kolečka £ je umístěna pevná snímací hlava £ a oběžná snímací hlava £. Snímací hlavy £, £ jsou opatřeny permanentními magnety £, á P^r<> předmagnetizaci. Blokové schéma zapojení znázorněné na obr. 2 značí zapojení pro zpracování signálů úhlového generátorového fázového měřicího zařízení z obr. 1 a obsahuje výstup pevné snímací hlavy £, který je spojen s prvním vstupem fázového detektoru £, jehož výstup je přes dolnopropustný filtr 8 spojen se vstupem napětově řízeného oscilátoru £. K výstupu oscilátoru 2 á^e připojen vstup děliče frekvence 10 a vstup pro hodinovou frekvenci fh číslicového fázoměru 11. zatímco výstup děliče frekvence 10 je zpětně spojen s druhým vstupem fázového detektoru £. Výstup pevné snímací hlavy £ a výstup oběžné snímací hlavy £ jsou oba spo jeny rovněž se dvěma měřicími vstupy číslicového fázoměru 11.A fixed sensor head 6 and an orbital sensor head 6 are located near the circumference of the gearwheel. Sensor heads £, £ they are provided with permanent magnets £, and P ^r <> bias. The wiring diagram shown in Fig. 2 indicates the signal processing circuit of the angle generator phase measuring device of Fig. 1 and includes the output of the fixed sensor head 6, which is connected to the first input of the phase detector 8, the output of which is connected to the input via a lowpass filter. the voltage-controlled oscillator £. The output of the oscillator 2 ^and a frequency divider connected to input 10 and the input clock frequency fh digital phasemeter 11th while the output of frequency divider 10 is re-connected to the second input of phase detector £. The output of the fixed sensor head 8 and the output of the orbital sensor head 6 are also connected to two measuring inputs of the digital phase meter 11.

Funkce generátorového fázového měřicího zařízení spočívá v tom, že otáčením ozubeného kolečka £ se indukují ve vinutích snímacích hlav £, £ střídavá napětí o frekvenci f a n . z, kde n jsou otáčky ozubeného kolečka £ /ót/sec7, z je počet zubů ozubeného kolečka £.The function of the generator phase measuring device is that by rotating the toothed wheel 6, alternating voltages of frequency f and n are induced in the windings of the sensing heads 8, 8. z, where n is the speed of the gear £ / δ / sec / sec 7, z is the number of teeth of the gear £.

Například při otáčkách ozubeného kolečka £ n » 10 ot/sec a počtu zubů z 1 000 se indukují ve snímacích hlavách £, £ střídavá napětí o frekvenci f n . z » 10 kHz.For example, at a gear speed n n of 10 rpm and a number of teeth of 1,000, alternating voltages of frequency f n are induced in the sensor heads,, £. from »10 kHz.

Při pohybu oběžné snímací hlavy £ se změní frekvence f_Q napětí indukovaného v této hlavě na Í_Q n , z + k . í, kde k jsou otáčky obíhání oběžné hlavy £ /ót/sec7. Frekvence f_Qnapětí indukovaného v pevné snímací hlavě £ se nemění f· n . z.During orbital movement of the scanning head £ changes the frequency f _Q of the voltage induced in the head on _the I and _Q n + a k. 1, where k is the speed of orbiting the impeller head. The frequency f _{Q of the} voltage induced in the fixed sensor head 8 does not change f · n. of.

Informace o poloze oběžné snímací hlavy £ je obsažena v členu k . z, který způsobí fázovou změnu signálu f_Q proti signálu f_p. To je principem generátorových fázových měřicích zařízení. Nevýhodou je, jak již bylo uvedeno, že člen k . z je spojen s členem n . z tedy s frekvencí kolísající s otáčkami n.The position information of the orbiting sensor head 6 is contained in the member k. z, which causes a phase change of the signal f _Q against the signal f _p . This is the principle of generator phase measuring devices. The disadvantage is, as already mentioned, that the member k. z is associated with member n. therefore, with a frequency varying with speed n.

Při zapojení pro zpracování signálů úhlového generátorového měřicího zařízení podle obr. 2 se napětí z pevné snímací hlavy £ o frekvenci f_p vede jako referenční napětí do fázového detektoru £. Fázový detektor £, dolnopropustný filtr 8, napětově řízený oscilátor 2. a dělič frekvence 10 tvoří obvod fázové synchronizace, který pracuje takto: Předpokládejme podle výše uvedeného příkladu, že frekvence napětí indukovaného v pevné snímací hlavě £ je f > 10 kHz. Napětově řízený oscilátor £ je proveden tak, že při řídi215 913 oím nulovém vstupním napětí U 0 vyrábí napětí o frekvenci f_h N f_p^ např. f 1 000 f b 10 MHz. Dělič frekvence 10 dělí tuto frekvenci Nkrát, např. 1 OOOkrét, takže na jeho výstupu je napětí o frekvenci f» 10 kHz. Toto napětí se vede jako zpětná vazba do fázováho detektoru χ. Pokud jsou frekvence obou vstupních napětí fázového detektoru X, t.j. napětí z pevné snímaoí hlavy 2 a napětí z děliče frekvence 10 přesně stejné a fáze mezi nimi nulová, je střední výstupní napětí fázového detektoru χ nulové a nulové je i výstupní napětí filtru 8. Toto napětí je řídicím napětím U napěťového řízeného oscilátoru. Při těchto poměrech (při U = 0) je obvod fázové synchronizace v rovnovážném stavu. Pokud se změní kolísáním otáček ozubeného kolečka χ frekvence vznikne fázový posuv mezi frekvencemi fpjfp· Na výstupu fázového detektoru X a na výstupu filtru 8 vznikne napětí 0 úměrné fázovému posuvu. Řídicí napětí U změní frekvenci napěťově řízeného oscilátoru 2 tak, aby opět platilo f - fí a U 0, resp, aby obvod fázové synchronizace byl opět v rovnovážném stavu.In the signal processing circuit of the angular generator measuring device of FIG. 2, the voltage from the fixed sensor head 5 at the frequency _fp is applied as a reference voltage to the phase detector 6. The phase detector 8, the low pass filter 8, the voltage-controlled oscillator 2, and the frequency divider 10 form a phase synchronization circuit that operates as follows: Assume, according to the above example, that the frequency of the voltage induced in the fixed sensor head is f> 10 kHz. The voltage-controlled oscillator 6 is designed such that, at a control of 230913, the zero input voltage U0 produces a voltage at a frequency f _h N f _{p of} e.g. f 1000 fb 10 MHz. Frequency divider 10 divides this frequency N times, for example 1000krit, so that its output is at a voltage f »10 kHz. This voltage is applied as a feedback to the phase detector χ. If the frequencies of the two input voltages of the phase detector X, ie the voltage from the fixed pickup head 2 and the voltage from the frequency divider 10 are exactly the same and the phase between them is zero, the mean output voltage of the phase detector χ is zero. is the control voltage U of the voltage controlled oscillator. At these ratios (at U = 0), the phase synchronization circuit is in equilibrium. If it is changed by the fluctuation of the gear speed χ frequency, a phase shift occurs between the frequencies fpjfp · At the output of the phase detector X and at the output of the filter 8 a voltage 0 proportional to the phase shift occurs. The control voltage U changes the frequency of the voltage-controlled oscillator 2 so that f-phi and U 0 again, or that the phase synchronization circuit is again in equilibrium.

Tímto zapojením se získává na výstupu napěťově řízeného oscilátoru £ napětí o frekvenci f_h, která je Nkrát vyšěí, než je frekvence f_p pevné snímaoí hlavy 2 úhlového generátorového měřicího zařízení. Násobek N je dán dělicím poměrem děliče frekvence 1_0. Frekvenci f_h « N f_p napěťově řízeného oscilátoru 2 lze použít jako hodinovou frekvenci, neboť její velikost je dána matematicky přesným násobkem hodnoty frekvence f^. Je zřejmé, že při kolísání frekvence f^ se mění i frekvence f_h N . f_p. Násobek N však zůstává konstantní.By this connection, at the output of the voltage-controlled oscillator 6, a voltage is obtained at a frequency f _h which is N times higher than the frequency f _{p of the} fixed sensor head 2 of the angular generator measuring device. The multiple N is given by the dividing ratio of the frequency divider 10. The frequency f _h «N f _{p of the} voltage controlled oscillator 2 can be used as the clock frequency, since its magnitude is given by a mathematically accurate multiple of the frequency value f ^. Obviously, as the frequency fluctuates, the frequency f _h N changes. f _p . However, the multiple N remains constant.

Hodinová frekvence f_h napěťově řízeného oscilátoru 2. frekvence f pevné snímaoí hlavy χ a frekvence f_Q oběžné snímací hlavy £ se vedou např. do číslicového fázoměru ΐχ, který číslicovou formou indikuje změny fázového posunu mezi frekvenoemi f_p, f_Q pevné a oběžné snímací hlavy 2» £» úhlového generátorového fázového měřicího zařízení.The clock frequency f _h VCO frequency f of the second fixed head snímaoí χ and frequency f _Q £ orbiting scanning head with leading e.g. to a digital phasemeter ΐχ which digitized indicates the change in phase shift between frekvenoemi f _p, f _Q fixed and circulating sensor heads of an angular generator phase measuring device.

Claims

Signal processing circuitry of variable-frequency generator measuring devices comprising a digital evaluation device, characterized in that the output of the fixed sensor head (3) is connected to a first input of a phase detector (7) whose output is via a low-pass filter (8) connected to the input of the voltage-controlled oscillator (9), to which the output of the frequency divider (10) and the clock frequency input (f _h ) of the digital phase meter (11) are connected, while the output of the frequency divider (10) connected to the second input of the phase detector (7), the output of the fixed sensor head (3) and the output of the orbital sensor head (4) are also connected to two measuring inputs of the digital phase meter (11).