SU1312735A1 - Преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности и уменьшение габаритов преобразовател . Дл  достижени  цели в преобразова еле кодова  дорожка среднего отсчета кодового диска разделена на 2 равных секторов , где п - натуральное число, а каждый сектор разделен на 2 участков , причем шаг делений первого сектора (угловой размер участка) равен кван/у младшего разр да кода грубого отсчета, таг делений (угловой размер участка) последующих секторов равен угловой величине (кванту) младшего разр да кода, сформиро- - ванного от предыдущего сектора. В пределах каждого участка дорожка ограничена ступенчатой линией. Углова  величина каждой ступени равна угловой величине (кванту) младп1его разр да кода, формируемого этим секто- п Пр (Л Фиг.1

Description

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 I и 2, установленных против дорожки грубого отсчета кодового диска, формирователем 9 кода грубого отсчета преобразуютс  в код старших разр дов выходного кода, который управл ет работой коммутатора 10, осуществл ющего 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 осуществл етс , преобразование сигнала, снимаемого с ного и того же сектора дорожки среднего отсчета. Из двукразр дных кодов на выходах АЦП 13-16 элементами, ИСt

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управлени  станками и в системах управлени  телескопа ми.

Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности и умен щение габаритов преобразовател .

На фиг, 1 приведена функциональна  схема преобразовател  угЛа пово- рота вала в код; на фиг. 2 - дорожка грубого отсчета и фрагмент дорожки среднего отсчета кодового.диска преобразовател  и расположение фотоприемников относительно зтих дорожек; на фиг. 3 - диаграммы, по сн ющие процесс формировани  сигналов среднего отсчета преобразовател ; на фиг.4 анапого-цифровой преобразователь; на фиг. 5 - варианты выполиени  фор- мирователей согласуюцих сигналов, на фиг.6 - формирователь кода грубого отсчета.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит излучатели, инди- каторный и кодовый диски (не показаны ) , фотоприемники грубого отсчета I и 2, среднего отсчета 3-6 и точного отсчета 7-8, формирователь 9 кода

КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28 осуществл етс  формирование вьосодного кода среднего отсчета. Сигналы, снимаемые фотоприемниками 7 и 8 и формирователем 11 кода точного отсчета, преобразуютс  в п младших разр дов (точный отсчет) выходного кода. Согласование отсчетов осуществл етс  сигналами, сформированными формировател ми 17-20 согласующих сигналов. Из сигналов старшего разр да кода точного отсчета в зависимости от кодов младшего разр да , грубого отсчета дл  первого сектора кодовой дорожки, среднего отсчета кодового диска и в зависимости от кода младщего разр да предьщущего сектора формируютс  сигналы дл  остальных секторов кодовой дорожки среднего отсчета. Согласование грубого отсчета осуществл етс  аналогично в формирователе 9 кода грубого отсчета. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

грубого отсчета, коммутатор 10, формирователь 1I кода точного отсчета, источник 12 опорного напр жени , ана лого-1щфровые преобразователи (АЦП) 13-16, формирователи 17-20 согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАКНЦЕЕ ИЛИ 2Г-28, Каждый из АЦП 13-16 (фиг. содержит резистивную матрицу 29, сумматоры 30-32, компараторы 33-35, дешифратор 36 на элементах ИСКЛЮЧАЮ- ЩЕЕ ИЛИ 37 и выходы 38-40, а каждый из формирователей 17-20 согласующих сигналов - инвертор 4il, делитель 42, напр жени  и коммутатор 43 (фиг. 5 О или элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 44 и де- литель 45 (фиг. 5 5). Формирователь 9 кода грубого отсчета (фиг. 6) содержит формирователи 46 и 47 согласующих сигналов, вьтолненные аналогично формировател м I7-20, коммутаторы 48 и 49, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 50 и АЦП 51 и 52, выполненные аналогично АЦП 13-16.

Дорожка грубого отсчета кодового диска преобразовател  (фиг. 2 а) содержит активный (прозрачный) участок , ограниченный ступенчато возрастающей линией с-угловым размером ступени uif, равным 360 У 2 rfje k 31

натуральное число (дл  случа , когда (фиг. 2 о ), с 90°). Радиапь- ный размер дорожки грубого отсчета измен етс  от радиуса R внутренней до радиуса R,,, наружной границ дорожки. Радиальный размер Эр ступени определ етс  выражением

г4 - .r

При и двух фотоприемниках 1 и 2 грубого отсчета () угол между их ос ми составл ет

lO

F-Ё

где

и 2

Е - число фотоприемников 1

грубого отсчета.

Дорожка среднего отсчета разделена на четыре равньк сектора () и считываетс  четырьм  фотоприемниками 3-6. Каждый сектор содержит 2 участков, где m - натуральное число. Углова  величина участка первого сектора равна (т.е. кванту млад- шего разр да выходного кода грубого отсчета преобразовател ), а углова  величина участка каждого последующего сектора - угловой величине (кванту ) младшего разр да выходного кода, сформированного от предыдущего сектора . Она определ етс  выражением

W У i 2

. W3

где m - натуральное число.

Дл  приведенного примера (фиг.25

, поэтому -

24845, W,42 11 25. В пределах одного участка радиальный размер дорожки среднего отсчета ступенчато возрастает, а в пределах сменного участка - ступенчато убывает. В каждом секторе угловой размер ступени

определ етс  выражением

«t- -i

Г 2

Дл 

указанного примера () ci,ll l5 , сА2 2°Д8 45, di,42 11,25, в 4 10 38,8

Величина ступени в радиальном направ-50 счета кодового диска в пределах поллении радиальный размер ступени определ етс  выражением

Rnap.c -RBHC F-T

Ас

Дорожка точного отсчета кодового диска преобразовател  (не показана) выполнена равномерно квантованной и содержит делени  с угловой величиной

fO

15

0 25 30

35

)

.

40

тага, равной yгJIoнo ry pa Nicpy ступени последнего сектора дорожки среднего отсчета кодового диска. R данном случае квант равен 360/2. Информаци  считываетс  с нее фoтoпpиe п и- к ами 7 и 8.

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении вала преобразовател , кинематически соединенного с кодовым диском, на фотоприемниках 1 и 2 выдел ютс  сигналы, пропорционапь- ные падающему на них световому потоку от излучателей. Эти сигналы, по форме близкие к ступенчато возрастающей функции, поступают на формирователь 9 кода грубого отсчета, на выходе которого формируютс  три ст арших разр да выходного кода (грубьм отсчет ) .

Информационные входы АПП 51 и 52  вл ютс  информационными входами формировател  9 и подключены к фотоприемникам 1 и 2 (фиг. 6). На выходах 38 и 39 АЦП 51 образуютс  два старших разр да выходного кода преобразовател . На выходах 38 и 39 АЦП 52 образуетс  двухразр дный код, смещенный на половину кванта младшего разр да по отношению к коду 51 , так как оси фотоприемников 1 и 2 разнесены на угол, равный 45. Младший разр д выходного кода грубого отсчета выдел етс  на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 50, входы которого через коммутаторы 48 и 49 подключены к выходам 39 (младших разр дов) АДП 51 и 52.

На фотоприемниках 3-6 среднего отсчета образуютс  сигналы, которые поступают на входы коммутатора 10, на управл ющие входы которого подаютс  сигнсшы трех старших разр дов 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 отного-оборота вала. Эти сигналы (фиг. За) поступают на информационные входы АЦП 13-16, каждый из которых формирует пр моугольные сигналы по трем уровн м, соответствующим трем ступен м входного напр жени  (фиг.35, Виг). На выходах каждого из АЦП 13-16 образуютс  возрастающий дгух- раэр дный двоичный код при ступенча513

то возрастающем напр жении Ц. на информационном входе каждого из АЦП 13-16 в пределах одного участка сектора и убывающий при ступенчато убывающем напр жении U,. в пределах смежного участка (фиг. Зе иЗ). Эти сигналы поступают на первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28,на выходах которьк получаетс  воэраста- кхций восьмиразр дный двоичный код (средние разр ды выходного кода) в пределах полного оборота вала (фиг.З К}, средний отсчет). Дл  этого на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28 подключенных к выходам соответствующих А1Щ 13-16, подаютс  сигналы выходного кода следующего по номеру старшего разр да по отношению к коду , формируемому данной парой элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28 (фиг. 3 е).

На фотоприемниках 7 и 8 точного отсчета вьздел ютс  квадратурные сигналы , поступающие на формирователь I1 кода точного отсчета, которым осуществл етс  формирование п младших разр дов выходного кода (точный отсчет ) .Формирователь 11 представл ет собой интерпол тор, выполненный, например , в виде последовательно включенных блоков формирователей, дешифратора и потенциометрического моста.

Согласование среднего и точного отсчетов преобразовател  осуществл етс  управлением пороговыми напр жени ми компараторов 33-35 АЦП 13-16 сигналами, вырабатываемыми формировател ми 17-20 согласующих сигналов из сигнала старшего (п-го) разр да младших разр дов выходного кода (разр д точного отсчета). Дл  этого посто нные напр жени  с выходов резис- тивной (R-2R) матрицы 29 АЦП 13-16 (фиг. 4), вход которой  вл етс  входом опорного напр жени  U АЦП 13- 16 и подсоединен к источнику 12 опорного напр жени , суммируютс  в сумматорах 30-32 с согласующим сигналом 1 и подаютс  на пороговые входы компараторов 33-35, на объединенные информационные входы которых посту- пает напр жение Uf с соответствующего фотоприемника 3-6.

Опорные напр жени  и амплитуда напр жени  согласующего сигнала Ь выбираютс  таким образом, чтобы пороговые уровни Ц , и, и Uj на входах компараторов 33-35 не превьш1али по56

ловины амплитуды соответствующей сту- пе1ш входного сигнала Ug, а уровни и , и и Uj - превышали половину амплитуды соответствующей ступени, но

были меньше целой амплитуды (фиг.За).

При считывании логической 1 в старшем разр де точного отсчета формирование выходных сигналов компараторов 33-35 осуществл етс  по верхним уровн м U2 , и и Uj, , чем обеспечиваетс  отставание кода. При считы-, вании логического О в старшем разр де точного отсчета формирование сигналов осуществл етс  по нижним уровн м и « з s обеспечиваетс  опережение кода. При положении кодового диска, когда величина сигналов фотоприемников 3-6 находитс  в интервалах между напр жени ми и, и Uj , Uj и и, Ug и и ,

изменение кода в старшем разр де точного отсчета с I на О приводит к изменению выходного кода среднего отсчета с отстающего на опережаю

щий.

Сигнал, сформированный компаратором 34 по средней ступени (фиг.З в), поступает на выход 38 А1Щ 13-16 непосредственно и  вл етс  старшим разр дом , формируемым данным АЦП 13-16. Сигналы компараторов 33 и 35, сформированные по верхней и нижней ступен м (фиг. 3 В и г) подаютс  на входы

элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37-1, с выхода которого сигнал поступает на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮР(ЕЕ ИЛИ 37-2, на другой вход которого подаетс  сигнал с компаратора 34,

а на выходе формируетс  младший значащий разр д (выход 39). Согласование ступенчато убывающего напр жени  сигналов среднего отсчета осуществл етс  инверсным сигналом старшего разр да точного отсчета, дл  чего в промежутках между ступенчато возрастающим и ступенчато убывающим напр жени ми производитс  коммутаци  сигнала старшего разр да точного отсчета на инверсный формирователь 17 согласующих сигналов. Дл  этого на второй вход каждого из формирователей 17-20, подключенного к соответствующему АЦП 13-16, подаетс  сигнал

выходного кода следующего по номеру старшего разр да по отношению к коду , вырабатываемому этим АЦП 13-16 (сигнал с выхода младшего разр да формировател  и с выхода элементов

71

ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 22, 24 и 26-соответственно ) ,

При применении формирователей 17- 20, выполненных на инверторе 41, делителе 42 напр жени  и коммутаторе 43 (фиг. 3«), сигнал старшего разр да кода точного отсчета пр мо и через инвертор 41 поступает на делитель 42 напр жени , выходы которого подключены к входам коммутатора 43. В зависимости от логического уровн  коммутирующего сигнала U на выход коммутатора 43 проходит пр мой или инверсный сигнал старшего разр да точного отсчета, амплитуда которого определ етс  коэффициентом делени  делител  42 напр жени .

При применении формирователей 17- 20 согласующих сигналов, выполненных на элементе ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 44 и делителе 45 напр жени , коммутаци  сигнала старшего разр да точного отсчета осуществл етс  элементом ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 44, на входы которого подаютс  коммутирующий и коммутируемый сигналы ( и ) а амплитуда согласующего сигнала устанавливаетс  делителем 45 напр жени , подключенным к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 44.

Согласование грубого отсчета преобразовател  осуществл етс  аналогичным образом при помощи согласующих сигналов, выpaбaтьmae ыx формировател ми 46 и 47 (фиг. 6), которые выполн ютс  по схемам формирователей 17-20. В качестве коммутирующего сигнала дл  формировани  согласующего сигнала одного АЦП 51 (52) используетс  сигнал, сформированный другим АЦП 52 (51) по уровн м Uj и L (фиг. За), который выдел етс  на выходе 40 (фиг. 4 и фиг. Зг). И наоборот дл  коммутации согласующего сигнала второго АЦП 52 используетс  сигнал, сформированный первым АЦП 51 по тем же уровн м. Согласование задних фронтов сигналов грубого отсчета осуществл етс  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 I на выходе 40 АЦП 52 (51).

В этом положении кодового диска на выход коммутатора 49 (48) поступает сигнал, сформированный по уровн м Uj и U4 (фиг, 3 а), который вы35 ,8

Дел етс  на выходе 38 АЦП 51 (5.)- Таким образом, достигаетс  одновременность смены (п+11), (п+Ю) и (п+9) разр дов кода грубого отсчета при формировании задних фронтов сигналов фотоприемников 1 и 2.

Тот или иной вариант построени  узлов преобразовател  определ етс  базовой серией интегральных микросхем , а также конкретньп выполнением кодового диска преобразовател , в частности числом секторов и ступе-ней в секторе.

В грубом отсчете преобразовател 

може быть использовано кольцевое кодирование , что при предлагаемом числе фотоприемников грубого отсчета снижает разрешающую способность преобразовател  на один двоичный разр д.

Предлагаемый преобразователь позвол ет получить одиннадцать старимх разр дов на двух дорожках при шести фотоприемниках и п младших разр дов при дорожке точного отсчета с квантом , равным 360°/2Я

Число ступеней линий, ограничивающих активные участки дорожек грубого и среднего отсчетов, может быть увеличено и за счет этого повьппаетс  разрешающа  способность преобразовател  без увеличени  числа фотоприемников и его диаметра.

Claims (5)

1. 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 формировател  кода точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с информационными входами формировател  кода грубого отсчета, первый и второй управл ющие входы которого соединены с выходом старшего разр да формировател  кода точного отсчета и выходом источника опорного напр жени , а выходы соединены с управл ющими входами коммутатора, информационные входы которого подключены к выходам 2 фотоприемников среднего отсчёта , элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых и выходы формирователей

91

кода точного и грубого отсчетов  вл ютс  выходами преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности и уменьп ени  габаритов преобразовател , в него введены по числу фотоприемников среднего отсчета аналого-цифровые преобразователи и фор- ьшрователи согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ объединены в Т пар, а каждый сектор дорожки среднего отсчета кодового диска разделен на 2 , где m - натуральное число, участков, пыполненных со ступенчатым равномерно измен ющимс  от радиуса R внутренней до радиуса иа().с наружной границ дорожки среднего отсчета радиальным размером и расположенных так, что равные радиальные размеры смежных участков совмещены , углова  величина Vf,. каждого участка первого сектора равна угловму эквиваленту кванта младпего разр да кода грубого отсчета, углова  величина U каждого участка каждого последуюгчего сектора равна угловому размеру с,- ступени предыду1 1его сек , W,тора , который равен Ы, -;;, , радиальный размер а ступени равен ае

КНОР.С-НЛК с

-oPI i выходы коммутатора соединены с первыми входами аналого-ии ровнх преобразователей, вторые входы которых подключены к выходу источника опорного напр жени , выход старшего разр да формировател  кода точного отсчета соединен с первыми входами 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, вторые входы которых соединены с вторым вхдом одноименного формировател  согласующих сигналов, выход младшего разр да формировател  кода грубого отсчета соединен с вторым входом первого формировател  согласующих сигналов, второй вход каждого последующего формировател  согласующего сигналов соединен с выходом четного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ предыдущей пары,

2. Преобразователь по п. 1, о т личающийс   тем, что дорожка грубого отсчета кодового диска

73510

выполнена со ступенчатым равномерно измек кщимс  07 радиуса внутренней до радиуса наружной границ дорожки грубого отсчета радиальным размером, причем угдтовой размер

360° каждой ступени равен oL тТ

k - натуральное число, а радиальный

RHOP.I-Квн.г размер ступени равен -

а угол между ос ми фотоприемников грубого отсчета равен 360/(2 г де - число фотоприемников грубого отсчета.

3. Преобразователь по пп, 1 и 2,

отличающийс  тем, что формирователь кода грубого отсчета содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два коммутатора, два формировател 

0 согласующих сигналов и два аналого- цифровых преобразовател , первые входы которых  вл ютс  информационными входами формировател  кода грубого отсчета, первые входы формиро5 вателей согласующих сигналов объединены и  вл ютс  первым управл ющим входом формировател  кода грубого отсчета, вторые входы аналого-цифровых преобразователей объединены и

0  вл ютс  вторым управл ющим входом формировател  кода грубого отсчета, выходы формирователей согласующих сигналов соединены с третьими входами одноименных аналого-цифровых преобразователей , первый и второй вьгхо- ды каждого из которых соединены с первым и вторым входами соответственно первого и второго коммутаторов, третьи выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены с третьими входами соответст- венно второго и первого коммутато- . ра и с вторыми входами соответственно второго и первого формирователей согласующих сигналов, выходы коммутаторов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮ(11ЕЕ И.ПИ, выход которого  вл етс  выходом младшего разр да формировател  кода грубого отсчета, а первый выход первого аналого-цифрового преобразовател  и выход первого коммутатора  вл ютс  остальными выходами формировател  кода грубого отсчета.

4. Преобразователь по пп. 1-3, отличающийс  тем, что анапого-цифровой преобразователь содержит дешифратор, компараторы, сумматоры и резистивную матрицу, вход

5

0

5

11

которой  вл етс  вторым входом ана лого-цифрового преобразовател , а выходы соединены с первыми входами сумматоров, вторые входы которых объединены и  вл ютс  третьим входом аналого-цифрового преобразовате л , выходы сумматоров соединены с пороговыми входами компараторов, ин формационные входы которых объедине ны и  вл ютс  первым входом аналого цифрового преобразовател , выходы компараторов соединены с входами де шифратора, выходы которого  вл ютс  выходами аналого-цифрового преобразовател .

131273512

5. Преобразователь по пп, 1-3, отличающийс  тем, что формирователь согласующих сигналов содержит коммутатор, делитель напр же- 5 ни  и инвертор, вход которого  вл етс  первым входом формировател  согласующих сигналов и соединен с первым входом делител  напр жени , второй вход которого подключеи к выходу инвертора, выходы делител  напр жени  соединены с информационными входами коммутатора, управл ювий вход которого  вл етс  вторым входом, а выход - выходом формировател  согласу- юпщх сигналов.

10

S ч и, t iC Agn

Л /

Г2

t

/

мГ

Г-дО

АЛЛА

шг

Кнар.с

l ll IS /ю

КЬнс

Фил 2

UCOZK

Фцг.