SU395796A1 - Датчик угла поворота вала - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к автоматике.

Датчик служит дл  ирсиизионного измерени  угла поворота вала с выдаче сигнала в цифровой форме и предназначен дл  работы в оптико-механических приборах и точных станках.

Известны датчики угла поворота вала, в которых дл  введени  несущей частоты, облегчающей обработку сигнала и повышающей точность отсчета угла, используетс  модул ци  светового потока при помощи механических модул торов. Модул ци  осуществл етс  центрально-радиальной щтриховой маской, ириводимой в движение электродвигателем .

Однако применение электродвигател  ограничивает точность отсчета угла.

PisBecTHbi также датчики угла поворота вала , в которых в качестве механизма модул тора используетс  кольцевой камертон с укрепленной на нем модулирующей маской.

Однако у этих датчиков нелинейные участки , обусловлениые синусоидальностью колебаний модулирующей маски, снижают точность датчика при нреобразоваиии выходных сигналов.

Целью изобретени   вл етс  увеличение точностн работы датчика.

Дл  этого в датчике введены коммутатор, логическа  схема и блок обработки сигнала,

а измерительна  маска содержит дополнительно одну пли несколько дорожек с равными прозрачными и ненрозрачными щтрихами, причем входы логической схемы и входы коммутатора соединены с фотонрнемниками, а выход логической схемы через коммутатор подключен к блоку обработки сигнала.

Изобретение по снено чертежами.

На фиг. 1 приведена схема датчика; на фиг. 2 - маски модул тора.

Датчик угла поворота вала содержит измерительный вал 1 (фиг. 1), с которым св зана

маска 2. Л одулиштрихова  измерительна 

рующа  маска о укреплеиа на кольцевом камертоне 4, нриводимом в действие системой возбул дени  5. Измерительна  маска 2 иредставл ет собой стекл нный диск, на который нанесены несколько растровых дорон ек (фиг. 2) с равными прозрачными и пеирозрачными штрихами, причем штрихи иа дорожках сдвинуты относнтельно друг друга на величину, равную , гле Т - ишг штрихов, п - количество растровых дорожек. Модулирующа  маска 3 представл ет собой стекл нный диск, на который нанесена растрова  дорожка с радиальными узкими прозрачнымп штрпхами, приче:м шаг модулирующей маски совпадает с шагом из eplIтельной . Количество штрихов масок определ ет оптическую редукцию системы и может достигать нескольких сот и даже тыс ч. Световой поток от источников 6 света через светопровод 7 и маски 2 и 5 попадает иа кольцевые фотоприемиики 8, число которых равно числу растровых дорожек измерительной маски 2. Электрические сигналы с фотопрнемников 8 через коммутатор 9, управл емый логической схемой 10, поступают в блок // обработки сигнала. Датчик работает следующим образом. Кольцевой камертон 4 приводитс  в действие системой возбуждени  5. При этом модулирующа  маска 3, укрепленна  иа камертоне 4, начнет колебатьс . Размах колебаний камертона выбирают несколько больше половины шага растра дл  того, чтобы модул ци  не прекращалась ни на одной дорожке при любом повороте измерительной маски. При колебани х модулирующей маски ее щтрпхи будут двигатьс  относительно штрихов измерительной маски (фнг. 2), и на фотоприемниках 8 будут по вл тьс  световые импульсы. Длительность световых импульсов будет измен тьс  в зависимости от угла поворота вала, причем эта зависимость из-за синусоидальности колебаний камертона будет нелинейной (арксинусной). Дл  малых значений аргумента арксинус можно представить самим аргументо.м. Так например, при использовании четырех дорожек максимальное значение аргумента можно прин ть равным 0,4 рад, ошибка аппроксимации в этом случае ие превысит 3%, что позволит получить шесть двоичпых разр дов. Преобразование длительности импульса в двоичный код может производитьс  любым известным способом, например подсчетом числа заполн ющих импульсов . Дл  сохранени  линейности преобразоваии  во всем диапазоне углов от О до Г р дом с первой дорожкой па измерительной маске располагают вторую, у которой штрихи но отношению к первой дорожке сдвинуты на величину, равиую или несколько меньшую линейной зоны. Тенерь нри увеличении угла свыше допустимого дл  первой дорожки необходимо перейти на вторую дорожку, дл  которой линейна  зона только начинаетс . Если диапазоп углов в пределах шага штрихов измерительиой маски (от О до Т) не перекрываетс  линейными зонами двух дорожек , необходимо добавить третью и так иостунать до тех нор, пока не будет перекрыт весь днапазон измер емых углов. При этом количество дорожек определ етс  числом линейных зон, укладывающихс  на ноловпне шага штрихов измерительной маскн Ь, где b - величина линейной зоны . Выразив отсюда величину линейной зоны Ь, получим . При переходе с первой дорожки на вторую и последующие дорожки следует учитывать их сдвиг относительно первой дорожки и добавл ть этот сдвиг к показаии м датчика. Удобнее всего сделать этот сдвиг равиым цеие делеии  старшего разр да и нри переходе с дорожки на дорожку добавл ть единицу в старший разр д датчика. Линейные зоны дорожек измерительной маски перекрывают весь диапазон измер емых углов в пределах шага маски. При изменении угла от О до 7 необходимо последовательно переходить с нулевой зоны на нервую, с первой на вторую и т. д., причем при каждом переходе следует добавл ть едииииу к старшим разр дам отсчета. Практически можно считать, что старшие разр ды представл ют собой номер линейной зоны, в которой осун1ествл етс  в данный .момент нзмерение длительности сигнала. Задача логической схемы заключаетс  в опрелТ.елении рабочей дорожки, т. е. дорожки, в которой изменение длительиости происходит линейно от угла поворота, н иодключепип выходиого сигнала с фотоприемиика выбранной дорожки к системе измерени  длительности сигиала, котора  пропорциональна углу поворота. При определении рабочей дорожки определ етс  одновременно и номер рабочей линейной зоны, а следовательно, старшие разр ды отсчета, младшие же разр ды выдаютс  системой измерени  длительности сигнала. Определение номера рабочей лииейной зоны наиболее удобно нроизводнть в крайнем ноложенни модулирующего штриха, т. е. когда он отклонен на полную амплитуду от среднего положепп . При этом комбинаци  импульсов , сиимаемых одновременно со всех дорожек, однознач.но онредел ет помер рабочей лииейной зоны. Предмет изобретени  Датчнк угла поворота вала, содержащнй измернтельную маску, выполненную в виде стекл нного диска с нанесенной па нем дорожкой с равными прозрачпымн и непрозрачными штрихами, укреиленную на валу, .модулирующую маску, выполненную в виде стекл нного диска с радиальными узкими прозрачными штрихами, укреиленную на кольцевом камертоне, источники света, установленные перед маскамн, и кольцевые фотоприемники , расположенные за маска.ми, отличающийс  тем, что, е целью увеличени  точиости работы датчика, в него введены коммутатор, логическа  схема и блок обработки сигнала, а измерительна  маска содержит дополиительно одну или ршсколько дорожек с равиыми прозрачными и непрозрачными штрнхами, причем входы логической ехемы и входы коммутатора соедииеиы с фотоприемииками, а выход логической схемы через ко.ммутатор подключен к блоку обработки сигиала.