SU1562969A1 - Преобразователь перемещени в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразовани  сигналов синусно-косинусных датчиков угла, и может быть использовано в измерительных системах угловых и линейных перемещений, где требуетс  высока  разрешающа  способность. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и упрощение преобразователей с использованием интерпол ции. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе перемещени  в код, содержащем синусно-косинусный датчик 1 угла, усилитель 2 с пр мыми и инверсными выходами, фазорасщепитель 3, пороговые элементы 4, блок 5 логической обработки, устройство 6 отсчета, пороговые элементы 4 выполнены в виде компараторов, на входы которых поступают сигналы с выходов фазорасщепител  со сдвигом фаз 180° - 180° M/K (дл  компараторов с 1-го по K+1) или 180° г/к (дл  компараторов с K+2 по 2K) соответственно попарно. Такое включение компараторов позвол ет повысить точность преобразовани  за счет увеличени  вдвое крутизны входного сигнала, а также сократить число выходных фаз фазорасщепител , что существенно упрощает преобразователь в целом.

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразовани  сигналов синусно-косинусных датчиков угла, и может быть использовано в измерительных системах угловых и линейных перемещений , где основным требованием  вл етс  высока  разрешающа  способность преобразовани .

Цель изобретени  - повышение точ- ности и упрощение преобразовател  с использованием интерпол ции путем уменьшени  количества фаз фазорасще- пител .

На фиг. 1 приведена структурна  схема преобразовател  перемещений в код; на фиг. 2-4 - диаграммы, по сн ющие работу преобразовател .

Преобразователь содержит синусно- косинусный датчик 1 угла, усилитель 2 с пр мыми и инверсными выходами, фа- зорасщепитель 3, 2k компараторов 4, блок 5 логической обработки, отсчет- ное устройство 6.

Преобразователь перемещений в код работает следующим образом.

Синусно-кос.инусный датчик 1 угла при перемещении формирует на своих выходах.два ортогональных сигнала. Эти сигналы через усилитель 2 с пр - мыми и инверсными выходами поступают на фазорасщепитель 3, который на своих выходах вырабатывает сигналы, амплитуды которых нормированы, а сдвиг фаз между ними равен 180°/k при четном k и 180°/2k при нечетном k. Входные сигналы фазорасщепител  3 подключены к обоим входам каждого из 2k компараторов 41,...,4 (в данцом слчае k 5), причем к входам компара- торов 4f-4j (с первого по k+1-й) по ключены пары выходов фазорасщепител  3 со сдвигом фаз, равным 180 1ЯО

- ™-- т, где т 0,1,2,...,k. а к

Iv

входам компараторов 6-10 (с k+2 -го по 2k-и)-пары выходов фазорасщепител  3 со сдвигом фаз, равным 1§0.г

г

5

.

5

$

до 45

55

где при четном k Г 1,2Ј,...,

2,1, а при нечетном k Г 1,2,...,

,...,2,1. Число компараторов 4 в

два раза меньше коэффициента интерпол ции (2k 2), на кажДЬ Й из компараторов поступают две фазы, каждый компаратор 4 сравнивает два соответствующих сигнала между собой и на своих выходах формирует пр моугольные сигналы, фронты которых наход тс  в местах пересечени  .указанных сигналов .

В блоке 5 логической обработки в местах -фронтов пр моугольных сигналов на выходе компараторов 4 формируютс  короткие пр моугольные (счетные) импульсы , которые и поступают в отсчет- ное устройство 6 (в котором осущест- вл етс  счет импульсов), а далее информаци  о перемещени  может быть визуализирована на индикаторном табло или передана дл  обработки в ЭВМ.Принцип работы блока 5 может быть различ- i

ным, так. как методы формировани  счетных импульсов из фронтов пр моугольных импульсов широко известны и решаютс  обычным способом позиционной логики.

Таким образом осуществл етс  интерпол ци  (т.е. внутришаговое деление) шага преобразовател  перемещений. Например , если в качестве синусно-ко- синусного датчика 1 угла -использован растровый фотоэлектрический синусно- косинусный преобразователь, шаг которого 20 мкм, то с интерпол тором, коэффициент интерпол ции которого р 20, мы имеем возможность получить 20 импульсов на один период сигнала преобразовател , т.е. в 20 раз повысить разрешающую способность системы , получа  информацию о перемещении величиной в 1 мкм. Рассмотрим подроб- нее принцип интерпол ции на примерах.

На фиг. 2 по снен принцип работы преобразовател  с р 20. Исходными

сигналами, поступающими с датчика  вл ютс  квадратурные ( синусные и косинусный } сигналы - А, В. После усилени  и фазорасщеплени  в дальнейших преобразовани х участвуют фазы А, В, С, F, G, Е. Эти фазы сдвинуты друг относительно друга на 18е7 (180°/2Ф5, ибо k - нечетное, равное 5), полученные сигналы с выхода фазорасщепите- л  3 объедин ютс  в пары (сдвиг фаз в паре

1,

,),

К.

где m О,1,2,...,k)

и попарно поступают на соответствующие компараторы 4, т.е. на первый компаратор 4 подаетс  пара, сигналы в которой сдвинуты на 180° (180° На входы компаратора 4

- Г о.

подаютс  сигналы А и А; в точке их пересечени  и формируетс  короткий первый счетный импульс (после блока 5 логической обработки) и обозначенный АА. На второй компаратор 4 подаетс  пара, сигналы в которой сдвинуты на

1 ЯО

144° (180° - -Ј- 1). Образуемый сигнал после блока 5 логической обработки обозначен FA (поскольку в его образовании участвуют фазы F и А). Импульсы образуютс  в местах пересечени  соответствующих сигналов, обозначенных на фиг. 2 жирными точками. Дл  получени  20 импульсов за шаг преобразовател  (на фиг. 2 дл  краткости указано 10 импульсов на половине шага ) требуетс  наличие восьми фаз на выходе фазорасщепител  3. Если бы в компараторе был использован триггер Шмидта, то сравнивалс  бы один сигнал с выхода фазорасщепител  3 с нулевым сигналом, а в предлагаемом случае - два сигнала с выхода фазорасщепител  3. Рассмотрим, например, образование п того импульса на фиг, 2.При использовании триггера Шмидта он образуетс  пересечением фазы Е с нулевым уровнем, а в предлагаемом случае п тый импульс образован пересечением фаз S и Б. Это эквивалентно двукратному увеличению крутизны (или наличию усилителей с коэффициентом усилени  2). В предлагаемой схеме можно в два раза ослабить требовани  к чувствительности примен емых компараторов 4. В точках пересечени  двух сигналов между собой повышаетс  точность срабатывани  компараторов 4.

29696

Аналогично, может быть рассмотрен

другой пример. Преобразователь с коэффициентом интерпол ции р 40 (фиг.З). В этом случае на выходе фазорасщепи- тел  3 имеетс  тоже восемь фаз: А, А, В, В, С, F, S, Е. Фазы сдвинуты

на 18°

10

друг относительно друга

/180 . Оо ,. ,

(---- 18 , ибо k четное,

равное 10).

Сдвиг фазы в паре, в которые объедин ютс  сигналы на выходе фазорасщепител  3, равен

,

т, где т

5

5

0

5

0

5

0

5

20

0,l,2,...,k. Такой сдвиг фаз между сигналами, подаваемыми на первые одиннадцать компараторов 4. К входам компараторов 4 с 12-го по 20-й пара выходов фазорасщепител  3 имеет сдвиг

180°

фаз, равный --- Г, где Г 1,2,3,4,

5,4,3,2,1 (поскольку k - четное число ). Как и в случае р 20, импульсы образуютс  в местах пересечени  соответствующих сигналов, обозначенных на фиг. 3 жирными точками. Из фиг. 3 видно, что дл  получени  коэффициента интерпол ции р 40 (это означает, что при шаге 20 мкм, разрешающа  способность достигает 0,5 мкм) требуетс , наличие тех же восьми фаз А, А, В, В, С, Fs S, Е, однако их другое сочета- ние, т.е. иное спаривание при подаче на компараторы 4 обеспечивает получение 40 импульсов за период. На фиг.З обозначены необходимые дл  этого пары: АА, AC, AF, AS, АЕ, АВ, СВ, FB, SB, ЕЕ, ВВ, AC, AF, AS, АЕ, АВ СВ, FB, SB, ЕВ.

Точно так же можно показать работоспособность интерпол тора с р 80 (фиг. 4). Дл  этого требуетс  13 фаз. Сдвиг фаз в парах и обозначени  участвующих в образовании импульсов пар указаны на фиг. 4.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь перемещени  в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого подключены к входам усилител , пр мые и инверсные выходы которого подключены к входам фазорасщепител , 2k компараторов, выходы которых подключены к входам блока логической обработки, выходы которого подкчючины к входам отсчетного устройства, отличающийс  тем, что, с цо 1ью повышени  точности

   и упрощени  преобразовател , в нем выходы фазорасщепител  подключены к обоим входам каждого из компараторов соответственно попарно, причем к входам каждого из компараторов с первого no(k+l)-H подключена одна из пар выходов фазорасщепител , соответствую10 о 180

   щих сдвигам фаз 180 - -. т, где

   k

   Е 4

   р - коэффициент интерпол ции преобразовател , m 0,l,2,...,k} к входам каждого из компараторов с (k+2)-ro no подключена одна из пар выходов фаэорасщепител , соответствующих сдвигам фаз

   {Й-.Г, где Г .

   I,2,,..$ ,,.,,/,

   k-1 и Г 1,2,..., -Ј-,.

   ном k.

   при четном k .,2,1 при нечет

   ЦЩ.

   ИЗ

   AiiicfrmirbartiifiieKtrMttABaftsKfu

   cieifiateK/r a aartftfe

   шшшш

   X

   5 РЧО

   Фиг. г

   Х Ю

   р--«5

   //

   //Л

   /////

   ч

   vS

   ю «с

   Ч О и

   СХЧЧЧЧЧУчЧ v -зС УуХ ХХ/Л. .-X Р ---- -г У V У ь ХГ X, У ..X S

   NTV X N X X X X t 7

   44SSS

   /

   / NSS

   Х

   ХХЧ Ч

   у

   Чв

   V У ь ХГ X, У ..X S

   NTV X N X X X X t

   SS

   44SSS

   ХХЧ X

   х,

   S

   Х

   у

   Ч V

   Ух ч т х

   V -