SU1176453A1 - Преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий последовательно расположенные на оптической оси излучатели, индикаторный диск со щел ми, кодовый диск со шкалой и фотоприемники грубого и среднего отсчетов, основные фотоприемники точного отсчета, интерпол тор точного отсчета, входы которого соединены с выходами соответствующих фотоприемников, первый блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок согласовани  отсчетов, информационные входы которого соединены с выходами первого блока элементов ИСКЛЮ-. ЧМЩЕЕ ИЛИ, вход управлени  - с соответствующим выходом точного отсчета , выход старшего разр да первого блока согласовани  отсчётов соединен с входом управлени  второго блока согласовани  отсчетов, информационные выходы первого и второго блоков согласовани  отсчетов  вл ютс  выходами среднего и грубого отсчетов преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью повьшени  технологичности преобразовател  в него введены три блока компараторов , интерпол тор среднего отсчета, матричный блок, формирователь опорного напр жени , второй и третий блоки элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ Ш1И и дополнительные фотоприемники по числу основных фотоприемников точного отсчета, шкала грубого отсчета кодового диска вьшолнена шкально-матричной , а щели точного отсчета индикаторного диска объединены в две диаметрально расположенные группы, причем рассто ние между ос ми щелей первой группы равно половине кванта точного отсчета, а оси щелей второй «J группы смещены в одинаковом направлении на один квант относительно диа метров проход щих через оси соответствующих щелей первой группы, рассто ние между ос ми щелей среднего отсчета индикаторного диска равно половине кванта среднего отсчета , основные и дополнительные фотоприемники точного отсчета объч единены в две соответствукицие груп9д 4;аь пы и расположены против щелей точного отсчета индикаторного диска, выСД ходы каждой пары диаметрально распоСО ложенных основного и .дополнительного фотоприемников точного отсчета соединены между собой дифференциально , выходы интерпол тор точного отсчета соединены через первый блок компараторов с входами второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы интерпол тора среднего отсчета соединены с информационными входами второго блока компараторов, выходы которого соединены с входами первого блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фотоприем

Description

НИКИ среднего отсчета расположены против щелей среднего отсчета индикаторного .диска, выходы фотоприемников среднего отсчета, расположенных против первой и второй .щелей среднего отсчета индикаторного диска соединены с входами формировател  опорного напр жени , выходы всех фотоприемников среднего отсчета соединены с входами интерпол тора среднего отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с информационными входами третьего блока ком-, параторов, выходы которого через последовательно соединенные матричньй блок и третий блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШЖ подключены к информа6453

ционным входам второго блока согласовани  отсчетов, выход формировател  опорного напр жени  соединен с опорными входами второго и третьего блоков компараторов,.выходы второго блока элементов ИСШБОЧАЮЩЕЕ ИЛИ и последний выход первого блока компараторов  вл ютс  выходами точного отсчета преобразовател .

2, Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что рассто ние между щел ми точного и среднего отсчетов индикаторного диска в пределах чувствительной поверхности, фотоприемников вьшолнено кратным шагу делени  соответствующей шкалы кодового диска.

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического устройства дл  преобразовани  углов поворота вала в код с большой точностью.

Целью изобретени   вл етс  повышение технологичности преобразовател  углов поворота вала в код.

На фиг. 1 а представлен индикаторньм диск со щел ми и фотоприемниками; на фиг. структурна  схема преобразовател ; на фиг. 2 и 3 временные диаграммы, по сн ющие работу преобразовател  , на фиг. А схема интерпол тора среднего отсчета

-и/

Преобразователь содержит кодовый диск 1, индикаторный (не показан ) со щел ми 2-5 первой, 6-9 второй групп точного отсчета (ТО) и 10-12 среднего отсчета (СО) фотоприемники 13-20 ТО, усилители 21-24, интерпол тор 25 ТО, блок 26 компараторов , блок 27 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фотоприемники 28-30 СО, интерпол тор 31 СО, блок 32 компараторов , блок 33 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 34 согласовани  отсчетов, формирователь 35 опорного напр жени , фотоприемники 36 грубого отсчета (FO), блок 37 компараторов, матричный блок 38, блок 39 ИСКЛЮЧАЩЕЕ

ИЛИ, бдок 40 согласовани  отсчетов, источники излучени  (не показаны).

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении измерительного диска 1 лучистый поток от излучателей, прошедший через щели 2-12 индикаторного диска, модулируетс  делени ми шкалы кодового диска и принимаетс  соответствующими фотоприемниками 13-20, 28, 29 и 36.

Однако на модул цию лучистого потока сказываютс  дефекты изготовлени  кодовой шкалы. Поэтому на выходах фотоприёмников генерируютс  сигналы, которые оказьшаютс  дополнительно модулированными.

Чтобы устранить вли ние дефектов изготовлени  элементов преобразовател  (неоднородность оптической плотности кодовой шкалы, непосто нство отношений кванта делени  кодовой шкалы к ее щагу, торцовое биение кодовой шкалы и т.д.) на его тоность и надежность и повысить технологичность изготовлени  преобразовател  в нем применен компенсационный метод формировани  дискретных сигналов. С этой целью щели 2-9 ТО сконцентрированы в две группы, т.е. .в одной группу оии выполнены максимально близко одна к другой. Такое расположение щелей позвол ет на выходах фотоприемников 13-16 первой группы и фотоприемников 17-20 второ группы формировать сигналы, которые дополнительно о рИнаково модулированы в пределах группы. Чтобы устранить вли ние эксцентриситета на точность преобразовани  и обеспечить высокую надежность преобразовател , щели 3, 4 и 5 смещены относительно щели 2 соответственно на квант, 1/2 кванта и 3/4 кванта, а щели 6, 7, 8 и 9 второй группы расположены диаметрально относительно щелей первой группы и со смещением на квант делени  относительно соответствующих щелей 2, 3, 4 и 5 первой группы. Фотоприемники 13-20, принимающие излучение прошедшие через щели 2-9, расположенные диаметрально и имеющие смещение друг относительно друга на квант делени , соединены между собой дифференциально . Так, дифференциально соединены между собой фотоприемники 13 и 17, 15 и 19, 14 и 18 , 15 и 20 Такое соединение позвол ет получить на выходах 41-44 четыре результирую щих (квадратурных) сигнала, модулированных относительно нулевого уронн  с фазовыми соотношени ми соответ ственно О, 180, 90 и 270° и с-ампли тудами, в два раза превышающими амплитуды составл ющих их сигналов. Результирующие сигналы через соотве ствзпощие усилители 21-24 поступают на интерпол тор 25, в котором формируютс  сигналы с промежуточными фазовыми сдвигами в циклическом коде . Число промежуточных фаз зависит от коэффициента интерпол ции интерпол тора 25. С выхода интерпол тора 25 сигналы имеющие сдвиг по фазе на 180°, поступают на неинвертирующие и инве тирующие входы блока 26 компараторо на выходах которого формируютс  дис ретные сигналы точного отсчета, которые поступают на вход блока 27 элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, в котором преобразуютс  в двоичный код. Так как щели 2-5 и 6-9 сконцентрированы в группы, то дефекты КОДОВОЙ ижалы, радиальное и торцовое биение кодового и индикаторного дисков и изменени  внешних условий эксплуатации привод т к одновременному изменению на одну и ту же велиЧ1ту результирующих сигналов. Следовательно , на выходах -блока 26 компараторов формируютс  дискретные сигналы ТО, на которые почти не сказываютс  вышеуказанные дефекты и изменение условий эксплуатации. Дискретный сигнал нулевой фазы, сформированный из результирующих сигналов с выходов 41 и 43, которые в свою очередь соответственно. сформированы при помощи соседних щелей 2, 4 и 6, 5, реализующий старший разр д ТО, одновременно поступает на вход блока 34 согласовани  точного и среднего отсчетов. Надежность преобразовател  дополнительно может быть повышена применением учетверенных фотоприемников 13-20 и освещением щелей В группах одним излучателем. Кроме того, модул ци  результирутощих сигналов на выходах 41-44 относительно нулевого уровн  позвол ет выбрать рабочую точку усилителей 21-24 и блока 26 компараторов в середине их вольтамперных характеристик , что дает возможность практически без искажени  формировать выходные сигналы. Щели 10, 11 и 12 СО (фиг.1) сконцентрированы в одну группу, причем щели 11 и 12 смещены относительно щели 10 соответственно на квант и 1/2 кванта. Такое смещение позвол ет на соответствующих входах фотоприемников 28-30 формировать сигналы с фазовыми соотношени ми О, 180 и 90 . Эти сигналы поступают на интерпол тор 31, в котором при помощи резисторов 45-48 формируютс  дополнительные сигналы с фазовыми сдвигами соответственно 45 и 135°. Число дополнительных фазосдвинутых сигналов при необходимости можно увеличить увеличением количества последовательно соединенных резисторов . Сигналы 49-51 (фиг.4сО с выходов интерпол тора 31 поступают на информационные входы блока 32 компараторов , на опорные входы которого поступает сигнал 52 с посто нным уровнем с выхода формировател  35 опорного напр жени . Формирователем 35 алгебраически суммируютс  сигналы 49 и 50, имеющие друг относительно друга сдвиг по фазе на 180°. В результате

суммировани  формируетс  сигнал 52 с посто нный уровнем, равным половине амплитуд сигналов 49 и 50. Простейша  схема формировани  посто нного уровн  состоит из двух резисторов 52 и 53 (фиг.4 ), подключенных к выходам фотоприемников 28 и 29. Предлагаема  схема интерпол тора 31 позвол ет на выходах блока 32 компараторов формировать дискретные сигналы , на которые почти не сказываютс  дефекты кодовой шкалы, торцовое биение и изменени  условий эксплуата ции преобразовател , так как происходит непрерывное слежение сигнала 52 за изменением сигналов на входах блока 32 компараторов.

Сигналы СО поступают на -блок 33 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, в котором преобразуютс  в опережающие С() (п+иЛ+Ч и отстающие ,(п+1) - (n+k)}- f (фиг.З, где k - коэффициент интерпол ции, показывающий число разр дов, снимаемых: с СО) по фазе разр дные сигналы, которые поступают .на соответствующие входы блока 34 согласовани  точного отсчета со средним, на входы которого поступают также согласующие сигналы с предыдущих (младших) разр дов. Таким образом, согласование отсчетов осуществл етс  методом двойной щетки, и с выходов блока 34 снимаютс  разр дные сигналы от (п+1) до (n+k) разр дов.

Дл  надежного согласовани  ТО с СО в качестве согласующего сигнала выбран сигнал 54 (фиг.З), а дл  упрощени  схемы блока 34 согласовани  отсчетов в преобразователе предлагаетс  согласовьшать дискретные сигналы. Поэтому щели СО смещены

:

относительно щелей ТО на -7 где

4 шаг делени  кодовой шкалы .

Кодова  шкала ГО выполнена по шкально-матричной схеме, котора  позвол ет с минимального числа кодовых дорожек формировать разр дные сигналы, равные числу фотоприемников . При этом, учитыва  принцип согласовани  отсчетов, щели кодовой шкалы ГО располагаютс  так, чтобы на выходах блока 26 компараторов формировались с.игналы, имеющие сдвиг по фазе относительно сигнала старшего разр да канала СО на 90°, который пропорционален величине

Wco

-г-, тогда величина шага делени 

сектора с наименьшим делением определ етс  выражением WpQjjj, 2Wco Так, например, 12-разр дный кодможет быть получен с трех дорожек шкалы кодового диска при помощи 12 фотоприемников .

Сигналы, снимаемые с выхода фотоприемников 36, поступают на одни входы блока 37 компараторов, на другие входы которых поступает сигнал 52 с посто нньм уровнем с выхода формировател  35. С выходов блока 37 компараторов сигналы поступают на вход матричного блока 38, на выходах которого формируютс  сигналы в циклическом коде от (n+k+1) до (n+k+m) разр дов. Они поступают на вход блока39 ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, в котором преобразуютс  в две группы опережающих (n+k+1)р - (n+k+m)р + + f и отстающих (n+k+1)p - (n+k+m)р- Ч сигналов, которые поступают на соответствующие входы блока 40 согласовани  отсчетов. На фиг. 3 показаны временные диаграммы, по сн ющие формирование этих сигналов.Остальные сигналы ГО формируютс  аналогично .

;

Фиг./

Фиг. 4

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий последовательно расположенные на оптической оси излучатели, индикаторный диск со щелями, кодовый диск со шкалой и фотоприемники грубого и среднего отсчетов, основные фотоприемники точного отсчета, интерполятор точного отсчета, входы которого со- . единены с выходами соответствующих фотоприемников, первый блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок согласования отсчетов, информационные входы которого соединены с выходами первого блока элементов ИСКЛЮ- ·. ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход управления - с соответствующим выходом точного отсчета, выход старшего разряда первого блока согласования отсчётов соединен с входом управления второго блока согласования отсчетов, информационные выходы первого и второго блоков согласования отсчетов являются выходами среднего и грубого отсчетов преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности преобразователя^ в него введены три блока компараторов, интерполятор среднего отсчета, ^! матричный блок, формирователь опорного напряжения, второй и третий блоки элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и дополнительные фотоприемники по числу основных фотоприемников точного отсчета, шкала грубого отсчета кодового диска выполнена шкально-матричной, а щели точного отсчета индикаторного диска объединены в две диаметрально расположенные группы, причем расстояние между осями щелей первой группы равно половине кванта точного отсчета, а оси щелей второй группы смещены в одинаковом направ лении на один квант относительно диаметров проходящих через оси соответствующих щелей первой группы, расстояние между осями щелей среднего отсчета индикаторного диска равно половине кванта среднего отсчета, основные и дополнительные фотоприемники точного отсчета объединены в две соответствующие группы и расположены против щелей точного отсчета индикаторного диска, выходы каждой пары диаметрально расположенных основного и дополнительного фотоприемников точного отсчета соединены между собой дифференциально, выходы интерполятор' точного отсчета соединены через первый блок компараторов с входами второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы интерполятора среднего отсчета соединены с информационными входами второго блока компараторов, выходы которого соединены с входами первого блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фотоприем- ники среднего отсчета расположены против щелей среднего отсчета индикаторного диска, выходы фотоприемников среднего отсчета, расположенных против первой и второй щелей среднего отсчета индикаторного диска, соединены с входами формирователя опорного напряжения, выходы всех фотоприемников среднего отсчета соединены с входами интерполятора среднего отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с информационными входами третьего блока компараторов, выходы которого через последовательно соединенные матричный блок и третий блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к информа ционным входам второго блока согласования отсчетов, выход формировате· ля опорного напряжения соединен с опорными входами второго и третьего блоков компаратороввыходы второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и последний выход первого блока компараторов являются выходами точного отсчета преобразователя.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что расстояние между щелями точного и среднего отсчетов индикаторного диска в пределах чувствительной поверхности фотоприемников выполнено кратным шагу деления соответствующей шкалы кодового диска.