RU2020752C1 - Shaft angle-of-turn-to-code converter - Google Patents

Shaft angle-of-turn-to-code converter Download PDF

Info

Publication number
RU2020752C1
RU2020752C1 SU4950601A RU2020752C1 RU 2020752 C1 RU2020752 C1 RU 2020752C1 SU 4950601 A SU4950601 A SU 4950601A RU 2020752 C1 RU2020752 C1 RU 2020752C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outputs
output
input
cosine
sine
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.В. Павлов
В.К. Якимов
Original Assignee
Московский институт электромеханики и автоматики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский институт электромеханики и автоматики filed Critical Московский институт электромеханики и автоматики
Priority to SU4950601 priority Critical patent/RU2020752C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2020752C1 publication Critical patent/RU2020752C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology and automatic control. SUBSTANCE: series-connected first and second EXCLUSIVE OR gates and inverter, counter and electronic vernier unit, and second comparator, as well as new ties are introduced in converter. EFFECT: improved speed and accuracy, as well as length of output code. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и автоматике и может использоваться для преобразования сигналов с датчиков типа СКТ и им подобных в цифровой двоичный код. The invention relates to electrical engineering and automation and can be used to convert signals from sensors such as SKT and the like into digital binary code.

Известен цифровой преобразователь перемещений, реализующий развертывающее преобразование угол-амплитуда-временной интервал-код [1]. Known digital displacement transducer that implements the deployment of the conversion of the angle-amplitude-time interval code [1].

Источниками погрешности преобразования амплитуды сигнала во временной интервал в нем являются аналоговые демодуляторы, дифференциальный усилитель, перемножающие ЦАП и формирователь кодов синуса и косинуса на основе ПЗУ с синусной прошивкой. Sources of error in converting the signal amplitude to the time interval in it are analog demodulators, a differential amplifier, multiplying the DACs and a sine and cosine code generator based on ROM with sine firmware.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код с промежуточным преобразованием амплитуды во временной интервал, содержащий генератор импульсов высокой частоты, блок питания синусно-косинусного датчика угла (СКДУ), состоящий из последовательно включенных делителя частоты и фильтра, коммутатор октантов, фазосдвигающий элемент, двухполупериодные выпрямители, компаратор, измеритель временных интервалов [2] . Closest to the proposed one is a converter of the angle of rotation of the shaft into a code with an intermediate conversion of the amplitude to the time interval, containing a high-frequency pulse generator, a power supply unit for a sine-cosine angle sensor (SKDU), consisting of a frequency divider and a filter connected in series, an octant switch, a phase-shifting element , half-wave rectifiers, comparator, time interval meter [2].

Источником погрешности в прототипе являются двухполупериодные выпрямители, искажающие как величину, так и форму выпрямляемых сигналов. The source of error in the prototype are two-half-wave rectifiers that distort both the magnitude and shape of the rectified signals.

Целью изобретения является повышение точности преобразования при сохранении высокого быстродействия. The aim of the invention is to improve the accuracy of conversion while maintaining high performance.

Для достижения цели при наличии типичных для датчиков типа СКТ преобразуемых сигналов
Us = Um sinθsin ωt;
Uc = Um cosθsinωt;

Figure 00000001
= -Umcosθsinωt,, (1) где Um - амплитуда сигнала;
θ - угол поворота оси датчика;
ω - несущая частота, предлагается первый из сигналов линейно преобразовать в вид
Us * = Um sinθ cosωt (2) (например, с помощью инвертирующего интегратора), сравнить на двух компараторах с двумя оставшимися входными сигналами и по результатам сравнения с помощью элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ выделить временной интервал, пропорциональный углу θ.To achieve the goal in the presence of converting signals typical for sensors of type SKT
U s = U m sinθsin ωt;
U c = U m cosθsinωt;
Figure 00000001
= -U m cosθsinωt ,, (1) where U m is the signal amplitude;
θ is the angle of rotation of the axis of the sensor;
ω is the carrier frequency, it is proposed to linearly convert the first of the signals into a form
U s * = U m sinθ cosωt (2) (for example, using an inverting integrator), compare on two comparators with the two remaining input signals and, using the EXCLUSIVE OR element, select a time interval proportional to the angle θ from the results of the comparison.

Для этой цели в известный преобразователь, содержащий формирователь старших разрядов, например формирователь квадрантов, ключ, компаратор, интегратор и генератор импульсов, введены второй компаратор, два логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инвертор, счетчик, блок электронного нониуса,а также новые связи. For this purpose, a second comparator, two EXCLUSIVE OR logic elements, an counter, an electronic nonius block, and also new connections are introduced into a known converter containing a high-order driver, for example a quadrant driver, a key, a comparator, an integrator and a pulse generator.

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 - схема блока определения квадранта; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу блока определения квадранта. Figure 1 shows the structural diagram of the Converter angle of rotation of the shaft in the code; figure 2 is a block diagram for determining the quadrant; figure 3 is a timing diagram explaining the operation of the unit for determining the quadrant.

Преобразователь содержит формирователь старших разрядов, выполненный в виде блока 1 определения квадранта, ключ 2, счетчик 3 импульсов, интегратор 4. компараторы 5 и 6, элементы ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ 7 и 8, инвертор 9, генератор 10 импульсов, блок 11 электронного нониуса и СКДУ 12. The converter contains a high-level driver, made in the form of a quadrant definition block 1, a key 2, a pulse counter 3, an integrator 4. comparators 5 and 6, elements EXCLUSIVE OR 7 and 8, an inverter 9, a pulse generator 10, an electronic nonius block and SKDU 12 .

Блок 1 определения квадранта содержит компараторы 13, 14 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15. Block 1 of the definition of the quadrant contains the comparators 13, 14 and the element EXCLUSIVE OR 15.

Для увеличения быстродействия преобразователя в качестве формирователя старших разрядов может быть использован наряду с блоком 1 определения квадрантов и селектор октантов. In order to increase the speed of the converter, a quadrant selector and an octant selector can be used along with block 1 for determining quadrants as a shaper of higher digits.

Введение в преобразователь генератора 10 позволяет увеличить точность преобразования. Введение в преобразователь блока 11 электронного нониуса с дополнительным счетчиком позволяет увеличить разрядность преобразователя без повышения тактовой частоты. Introduction to the transducer of the generator 10 can increase the accuracy of the conversion. Introduction to the converter unit 11 electronic nonius with an additional counter allows you to increase the capacity of the Converter without increasing the clock frequency.

Блок 1 формирует два старших разряда кода угла, соответствующие углам 180 и 90о.Block 1 generates two senior bits of the angle code, corresponding to angles 180 and 90 about .

В качестве синхронизированного генератора 10 может быть использована микросхема 564ГГ1. As a synchronized generator 10 can be used chip 564GG1.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

С помощью инвертирующего интегратора 4 сигнал
Us=Umsinθsinωt преобразуется в сигнал
Us * = Um sinθ cosωt (фиг.3а).
Using the inverting integrator 4 signal
U s = U m sinθsinωt is converted into a signal
U s * = U m sinθ cosωt (Fig. 3a).

Компараторы 5, 6 сравнивают сигналы Uc,

Figure 00000002
и Us * и выделяют на входе ключа временные интервалы
tи=
Figure 00000003
. (3)
Временные интервалы заполняются частотой fт (фиг.3б, в,г) и на счетчике 3 импульсов образуется код всех остальных младших разрядов.Comparators 5, 6 compare signals U c ,
Figure 00000002
and U s * and allocate time intervals at the key input
t and =
Figure 00000003
. (3)
The time intervals are filled with a frequency f t (fig.3b, c, d) and on the counter 3 pulses a code of all other lower digits is formed.

Полное время одного цикла преобразования не превышает половины периода несущей частоты и может быть еще уменьшено при использовании в качестве формирователя 1 не формирователя квадрантов, а селектора октантов. The total time of one conversion cycle does not exceed half the period of the carrier frequency and can be further reduced when using not a quadrant shaper but an octant selector as shaper 1.

Из формулы (3) следует, что в преобразователе отсутствуют все главнейшие методические погрешности, включая дифференциальную нелинейность, и основной погрешностью является стабильность несущей частоты, которая при стабилизации кварцем может достигать величины порядка 10-6-10-7. Но и эта погрешность может быть уменьшена при синхронизации несущей и тактовой частот, так как код угла
Nθ=

Figure 00000004
.From formula (3) it follows that the converter does not have all the most important methodological errors, including differential nonlinearity, and the main error is the stability of the carrier frequency, which, when stabilized by quartz, can reach values of the order of 10 -6 -10 -7 . But this error can also be reduced by synchronizing the carrier and clock frequencies, since the angle code
N θ =
Figure 00000004
.

Как уже упоминалось выше, разрядность преобразования может быть увеличена без повышения тактовой частоты и времени преобразования с помощью использования электронного нониуса. As mentioned above, the conversion bit can be increased without increasing the clock frequency and conversion time using electronic nonius.

Инструментальная погрешность определяется в основном погрешностями интегратора и компараторов, что при современной элементной базе позволяет достигать величин порядка 10-5-10-6, т.е. точного преобразования 18-20 двоичных разрядов.The instrumental error is determined mainly by the errors of the integrator and comparators, which, with the modern element base, allows reaching values of the order of 10 -5 -10 -6 , i.e. accurate conversion of 18-20 binary digits.

Лучшие современные измерительные приборы и цифровые вольтметры переменного тока имеют точность не более 0,01%. The best modern measuring instruments and digital AC voltmeters have an accuracy of not more than 0.01%.

Claims (1)

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий синусно-косинусный датчик угла, синусный и косинусный выходы которого соединены с блоком определения квадранта, выходы которого являются выходами старших разрядов преобразователя, первый компаратор, ключ, интегратор, генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью увеличения его быстродействия и точности, а также разрядности выходного кода, в него введены второй компаратор, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инвертор, счетчик, блок электронного нониуса, косинусный и инверсный косинусный выходы синусно-косинусного датчика угла соединены с прямыми входами соответственно первого и второго компараторов, выходы которых соединены с входами первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с одним входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого через инвертор соединен с управляющим входом ключа и входом блока электронного нониуса, выход ключа соединен с входом счетчика, выходы которого и выходы блока электронного нониуса являются выходами младших разрядов преобразователя, синусный выход синусно-косинусного датчика угла через интегратор соединен с инверсными входами первого и второго компараторов и непосредственно с входом синхронизации генератора импульсов, выход которого соединен с информационным входом ключа, выход младшего из старших разрядов блока определения квадранта соединен с другим входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. A SHAFT ANGLE CONVERTER TO A CODE containing a sine-cosine angle sensor, whose sine and cosine outputs are connected to a quadrant detection unit, the outputs of which are the high-order outputs of the converter, the first comparator, key, integrator, pulse generator, characterized in that, for the purpose of to increase its speed and accuracy, as well as the bit depth of the output code, a second comparator, two EXCLUSIVE OR elements, an inverter, counter, electronic nonius block, cosine and inverse cosine are introduced into it The outputs of the sine-cosine angle sensor are connected to the direct inputs of the first and second comparators, the outputs of which are connected to the inputs of the first EXCLUSIVE OR element, the output of which is connected to one input of the second EXCLUSIVE OR element, the output of which is connected through the inverter to the control input of the key and the input of the unit electronic nonius, the key output is connected to the counter input, the outputs of which and the outputs of the electronic nonius block are the low-order outputs of the converter, the sine output is sine-cosine through the integrator is connected to the inverse inputs of the first and second comparators and directly to the synchronization input of the pulse generator, the output of which is connected to the information input of the key, the output of the least significant bit of the quadrant detection unit is connected to the other input of the second EXCLUSIVE OR element.
SU4950601 1991-06-27 1991-06-27 Shaft angle-of-turn-to-code converter RU2020752C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4950601 RU2020752C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Shaft angle-of-turn-to-code converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4950601 RU2020752C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Shaft angle-of-turn-to-code converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2020752C1 true RU2020752C1 (en) 1994-09-30

Family

ID=21581979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4950601 RU2020752C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Shaft angle-of-turn-to-code converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2020752C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534971C1 (en) * 2013-07-03 2014-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Shaft positioner transducer

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.277, 278. *
2. Ахметжанов А.А. и др. Высокоточные преобразователи угловых перемещений. М.: Энергоатомиздат, 1986, с.114, 115, рис.9.5. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534971C1 (en) * 2013-07-03 2014-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Shaft positioner transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4318617A (en) DC Shift error correction for electro-optical measuring system
EP0009339B1 (en) Apparatus for digital position measurements
CA1238388A (en) Angular position detector
EP0394206B1 (en) A method and an arrangement for accurate digital determination of the time or phase position of a signal pulse train
JPH0368812A (en) Method of interpolation of position measuring signal
RU2161773C2 (en) Angle determination device
RU2020752C1 (en) Shaft angle-of-turn-to-code converter
Woolvet Digital transducers
SU752423A1 (en) Shaft angular position- to-code converter
SU1272271A1 (en) Digital spectrum analyzer
SU920410A1 (en) Method and device for measuring torcue
JP2764722B2 (en) Interpolation method of encoder read signal
JPS61120920A (en) Encoder type angle and length measuring circuit
SU1309311A1 (en) Displacement-to-digital converter
SU619941A1 (en) Shaft turn angle-to-code converter
SU903929A1 (en) Shaft angular position-to-code converter
SU526932A1 (en) Dual Angle Motion Digitizer
JPS61182579A (en) Resolver speed detection system
SU767964A1 (en) Device for analog-digital converter
RU2193794C2 (en) Parameter-to-code converter
SU830246A1 (en) Rotational speed sensor
SU734773A1 (en) Method of converting displacement into code
SU942101A1 (en) Shaft angular position-to-code converter
SU760151A1 (en) Compensation-type shaft angular position-to-code converter
SU1091202A1 (en) Shaft turn angle encoder