SU1716603A1 - Многоканальный преобразователь угол-временной интервал - Google Patents

Abstract

изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при измерении перемещений посредством-индуктивных датчиков. Цель изобретени  - расширение области применени  за счет многоканального режима работы. Цель достигаетс  за счет введе- ни  в известный преобразователь, содержащий генератор импульсов, два делител  частоты, источник синусоидального квадратурного напр жени , датчик, шесть ключей, два запоминающих элемента, два фильтра низкой частоты, два компаратора и формирователь временного интервала, двух мультиплексоров и адресного счетчика, седьмого ключа и управл ющего им блока анализа начальной фазы и триггера разрешени . При этом схема управлени  образована формирователем старт-импульсов, счетчиком и блоком анализа фазы, состо щим из последовательно соединенных фазовращателей , компаратора, блока выделени  фронтов и формировател  импульса . Вновь введенные блоки позвол ют организовать многоканальный режим работы преобразовател , с максимальным быстродействием за счет обеспечени  переключени  каналов в момент равенства нулю начальной фазцопорного напр жени  и стробировани  формировани  временного интервала при заданном значении измер емого сигнала. 1 з,п. ф-лы, 2 ил. сл С

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении отсчетной части преобразовател  угол - фаза-временной интервал - код при проведении нейтронструктурных исследований на  дерных реакторах, кристалл-дифракционных исследовани х, при решении задач, св занных с навигацией, требуютс  измере-. ни  линейных и угловых перемещений с высокой степенью точности.

Цель изобретени  - расширение области применени  преобразовател  за счет

обеспечени  многоканального режима работы преобразовател  данного типа.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема преобразовател ; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу при углах, близких к 360° (или 0°) (), и при углах, близких 90° (ts-te).

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, источник 3 синусоидального квадратурного напр жени , делитель4 частоты, дешифратор 5, ключи 6-11, синусно-косинусные датчики 12 угла, мультиплексоры 13, 14, фазоинверто 0

о о

CJ

ры 15, 16, запоминающие элементы 17, 18, фильтр 19 низкой частоты, компаратор 20, формирователь 21 старт-импульсов, счетчик 22, формирователь 23 временных интервалов , триггер 24 разрешени , ключ 25, фильтр 26 низкой частоты, компаратор 27, блок 28 анализа начальной фазы, содержащий фазовращатель 29, компаратор 30, блок 31 выделени  фронтов, формирователь 32 импульсов.

Устройство работает следующим образом .

В моменты перехода через ноль опорного сигнала, т.е. сигнала, формируемого из квадратурного напр жени  элементами 6, 7, 18, 19, формирователь старт-импульса 21 создает на своем выходе старт-импульсы (фиг. 2а), которые измен ют состо ние счетчика 22, управл ющего работой мультиплексоров 13, 14, а также состо ние триггера 24 разрешени .

При этом два мультиплексора и блоки управлени  ими обеспечивают последовательное подключение датчиков на врем ; определ емое циклом измерений, а введенный в известное устройство ключ и управл ющий им блок анализа начальной фразы сигнала позвол ют минимизировать переходные процессы, искажающие результаты измерений. Возможность такой минимизации возникает при учете того обсто тельства , что длительность переходного процесса при подключении синусоидального напр жени  к RC-цепи (которой можно условно заменить ФНЧ) зависит от момента включе- ни , т.е. от начальной фазы этого напр жени  и от сдвига фаз между током и напр жением в данной RC-цепи. Так как свободна  составл юща  напр жени  на емкости определ етс  выражением

Sin (а + р

4)Ј

где а- начальна  фаза напр жени ;

(f) - сдвиг фаз RC-цепи между током и напр жением;

Um амплитуда прикладываемого к RC- цепи напр жени  и известно, что переходной процесс отсутствует при UCB 0, то условие отсутстви  переходного процесса запишетс  в виде

а - или а пл: + , (2)

где п 1,2, .... Именно в момент, когда начальна  фаза сигнала преобразованной частоты а достигает значени , определ е

мого выражением (2), необходимо подключить сигнал к ФНЧ и в аналогичной момент выключить, что приведет к отсутствию переходного процесса.

5Работа схемы с момента to (фиг. 2), когда

по очередному старт-импульсу (фиг. 2а) счетчик 22 переходит в очередное устойчивое состо ние. На фиг. 26 изображено состо ние одного из разр дов счетчика 22. Муль10 типлексоры 13, 14 подключают к своим выходам синусный и косинусный выходные сигналы очередного датчика. Управл емые дешифратором 5 ключи 8-11 открываютс  с частотой fo (частота импульсов на выходе

15 делител  4) и пропускают на свой объединенный выход отрезки выходных сигналов датчика, из которых на запоминающем элементе 17 образуетс  синусоида (фйг.2в), частота которой равна f0 - fn, где fn близка  к

20 fo частота на выходе делител  частоты 2. Дл  подавлени  высших гармоник синусоида (фиг. 2в) через ключ 25 подаетс  на вход ФНЧ 26, имеющий значительную посто нную времени Тф, примерно равную периоду

25 сигнала Тсигн.

Однако ключ 25 с целью минимизации переходных процессов открываетс  только тогда, когда фаза сигнала на запоминающем элементе 17 станет равной заданному

30 значению. Дл  определени  этого момента служит блок 28 анализа начальной фазы сигнала . В момент to, когда по очередному старт-импульсу, как это описывалось ранее, счетчик 22 переходит в следующее устойчи35 вое состо ние, мультиплексоры 13, 14 подключают к своим выходам датчик угла. На запоминающем элементе 17 возникает синусоида (фиг. 2в). Она проходит через фазовращатель 29, который сдвигает ее по

40 фазе таким образом, чтобы в момент ti, когда упом нута  синусоида (фиг. 2в) достигнет заданного значени , в соответствии с выражением (2) и при учете фазового сдвига ФНЧ ф-л, вспомогательный сигнал, снимае45 мый с выхода фазовращател  (фиг. 2г), проходил через 0. Этот сдвиг фаз, создаваемый фазовращателем 29, посто нен и устанавливаетс  один раз при настройке преобразовател . В момент ti срабатывает

50 компаратор 30 (фиг. 2д), по перепадам сигнала которого формируютс  блоком 31 короткие импульсы (фиг. 2е) по положительному перепаду первого же такого импульса формирователь 32 открывает ключ

55 25, высоким уровнем на своем выходе (фиг. 2ж), подключа  тем самым сигнал к входу фильтра 26 в момент наименьшей длительности переходного процесса, так как длительность импульса формируемого блоком

31 может быть очень малой (т 50 не). Одновременно сигнал с выхода формировател  32 поступает на вход сброса триггере 24 разрешени , что позвол ет ему опрокидыватьс . Первый же старт-импульс в момент t2 по своему отрицательному перепаду переводит этот триггер в состо ние 1 (фиг. 2з), что позволит формирователю 23 по положительному перепаду этого же старт-импульса начать формирование временнЪгр интервала (в данном случае он равен 0, фиг. 2и). По приходу следующего старт-импульса в момент ta триггер 24 вновь вернетс  в состо ние О, запреща  формирование временного интервала формирователем 23 (фиг.2з). В момент t4 (фиг. 2ж) заканчиваетс  временной импульс, сформированный формирователем 32 импульса, ключ 25 закрываетс . Происходит это оп ть-таки в момент, когда сигнал на запоминающем элементе 17 имеет фазу, равную заданному значению , таким образом достигаетс  минимальна  .длительность переходного процесса при отключении сигнала от фильтра 26. В, момент времени ts счетчик 22 вновь измбн - ет свое состо ние, так как в этот момент счетчик отсчитал заданное количество старт-импульсов и мультиплексоры 13, 14 подключают к своим.выходам следующий датчик угла, Весь описанный выше цикл по- втор етс - до момента те. Всего на фиг. 4 изображены три цикла опроса датчиков, начинающиес  соответственно в момент to, ts, te. Условно прин то, что углы, измер емые каждым датчиком, отличаютс  друг от друга на 90° в моменты подключени  этих датчиков . Соответственно начальные фазы сигналов на запоминающем элементе 17 также сдвинуты на п /2 (фиг. 2в). Однако подключение этих сигналов к фильтру 26 ключом 25 равно как и отключение упом нутого сигнала от фильтра 26, происходит только в моменты , когда фаза сигнала равна заданному значению, при котором наблюдаетс  минимальный переходный процесс.

Прив зка работы схемы к положительным и отрицательным перепадам импульсов необходима дл  устранени  нежелательных временных совпадений. Так, например, формирование в момент ti сигнала, позвол ющего опрокидыватьс  триггеру 24 разрешени  (фиг. 2ж) происходит по положительному перепаду импульсов (фиг. 2е). Само же опрокидывание триггера 24 происходит по отрицательному перепаду старт-импульсов. Это сделано дл  того, чтобы данный триггер не мог сработать от того же старт-импульса, по приходу которого подключаетс  очередной датчик

перемещений и временной интервал, формируемый формирователем 23 по его разрешающему сигналу (фиг. 2з), был защищен от вли ни  погрешностей коммутации.

Формирователь 32 сработает по фронту первого же импульса, сформированного блоком 31 в момент достижени  фазой измерительного сигнала заданного значени  (момент ti). Этот импульс не может по витьс  раньше, чем будет подключен датчик угла к, преобразователю. Далее формирователь 32 отсчитывает заданное количество импульсов с выхода блока 31, держа таким образом ключ 25 открытым врем  1изм, достаточное дл  измерени  угла. Отсчитав заданное количество импульсов с выхода блока 31 (фиг. 2е), в момент т.4 прихода очередного импульса также по его фронту происходит обратное срабатывание формировател  32, и ключ 25 закрываетс  также в момент достижени  фазой измерительного сигнала заданного значени , что уменьшает переходные процессы при отключении данного датчика. Таким образом, длительность выходного сигнала формировател  32 - t32 должна лежать в пределах

ti/isM-Max t32 tnoAKfl.,

где 1подкл. - врем  подключени  датчика к преобразователю;

tnsM.Max. - максимальна  длительность формируемого предлагаемым устройством временного интервала, пропорционального углу поворота.

В данном случае (изображен на фиг. 2) 1изм.мах. равно периоду опорного сигнала (ибо из него формируютс  старт-импульсы )

1подкл. ЗТизм.мах.,

t32 3

1изм.мах.

фиг. 2ж, интервал ti -14. При таких соотношени х между моментами подключени  и отключени  датчика (t0 и ts) и моментами начала и конца формировани  временного интервала, пропорциональого измеренному углу, (t2 и ts), имеетс  защитный промежуток , равный tnsM.Max. В данном случае он равен 3,2 мс, что вполне достаточно, как показывает опыт, дл  затухани  остаточных переходных процессов, вызванных подключением и отключением датчика. В случае необходимости все временные интервалы могут быть соответственно изменены пру сохранении соотношени  между ними.

На фиг. 2 показано, что при измерении угла 0° (to -1 ts) - подключен датчик 1; угла 90° (t5 - te) - подключен датчик 1 2; угла 180° (начина  с te) - подключен датчик 3. Указанные соотношени  между временными интервалами сохран ютс , что и обеспечивает измере.ние угла.

Таким образом, данный преобразователь позвол ет организовать в известном преобразователе многоканальный режим с высоким быстродействием, несмотр  на плохую переходную характеристику этого преобразовател , заключаетс , как это следует из фиг. 2 в том, чтобы подключать сигнал к ФНЧ лишь в определенные моменты времени, характеризующиес  минимальным переходным процессом, и лишь после этого разрешать формирование и кодирование временного интервала. Это разрешение даетс  по очередному старт-импульсу, при- ш,едшему после подключени  очередного датчика к преобразователю, по сигналам со старших разр дов счетчика 22 и снимаетс  по следующему старт-импульсу триггером разрешени , что обеспечивает исключение формировани  ложных временных интервалов , позвол ет разнести во времени моменты коммутации аналогового сигнала и начала формировани  временного интервала , что исключает вли ние погрешностей коммутатора (мультиплексора) на формируемый временной интервал.

Claims (2)

1. Многоканальный преобразователь угол-временной интервал, содержащий одйн синусно-косинусный датчик угла, генератор импульсов, выходы которого соединены с входами первого и второго делителей частоты, выход первого делител  частоты через источник синусоидального квадратурного напр жени  соединен с входами одного синусно-косинусного датчика угла, выходы источника синусоидального квадратурного напр жени  соединены с информационными входами соответственно первого и второго ключей, выходы которых объединены и соединены с входом первого запоминающего элемента и входом первого фильтра низкой частоты, выход которого через первый компаратор соединен с первым входом формировател  временных интервалов , выход второго делител  частоты соединен с входом дешифратора, выходы которого с первого по четвертый соединены соответственно с управл ющими входами

ключей с третьего по шестой, выходы которых объединены и соединены с входом второго запоминающего элемента, первый и второй выходы дешифратора соединены с управл ющими входами соответственно

первого и второго ключей, второй фильтр низкой частоты через второй компаратор соединен с вторым входрм формировател  временных интервалов, первый и второй фа- зоинверторы, выходы которых соединены с

информационными входами соответственно п того и шестого ключей, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  за счет обеспечени  многоканального режима работы, в преобразователь угол-временной интервал введены п-1 синусно-косинусных датчиков угла, где п - число каналов, два мультиплексора, счетчик, седьмой ключ, блок анализа начальной фазы, триггер разрешени , одни выходы всех синуснр-косинусных датчиков угла, соединены с информационными входами первого мультиплексора, другие выходы всех синусно-косинусных датчиков угла соединены с информационными входами второго мультиплексора, выход первого компаратора соединен с входом формировател  старт-импульсов, выход которого соединен со счетными входами триггера разрешени  и счетчика, выходы старших

разр дов которого соединены с адресными входами первого и второго мультиплексоров , вход второго запоминающего элемента соединен с входом блока анализа начальной фазы и информационным входом седьмого

ключа, управл ющий вход которого подключен к выходу блока анализа начальной фазы, а выход соединен с входом второго фильтра низкой частоты, выход блока анализа начальной фазы соединение входом сброса

триггера разрешени , выход которого соединен с управл ющим входом формировател  временных интервалов.

2. Преобразователь по п, 1, от л и ч а ю- щ и и с   тем, что блок анализа начальной

фазы содержит последовательно соединенные фазовращатель, компаратор, блок выделени  фронтов и формирователь импульсов.

4-ь