Двухканальный преобразователь угла поворота вала в код двухотсчетного скт с произвольным числом электрической редукции

Предлагаемая полезная модель предназначена для преобразования угла поворота вала в цифровой код и может быть использована в силовых гироскопических приборах космических аппаратов в системе измерения угла положения рамки подвеса. Предлагаемый преобразователь угла содержит двухотсчетный датчик угла, генератор опорного напряжения на выходе которого формируется сигнал синхронизации и питающее напряжение датчика угла, масштабные усилители, аналого-цифровые преобразователи угла и микроконтроллер, необходимый для сведения двух каналов датчика угла и вычисления итогового кода поворота вала. За счет применения микроконтроллера возможно использование двухотсчетного датчика угла с любым существующим числом электрической редукции и как следствие увеличение точности измерения угла поворота вала с увеличением редукции датчика.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в прецизионных системах измерения утла на основе двухотсчетных индуктивных датчиков синусно-косинусных трансформаторов (СКТ) грубого и точного каналов с произвольным числом электрической редукции.

Известны одноканальные преобразователи сигналов датчика в цифровой код [Патент 2286012 МПК H03M 1/64 РФ «Преобразователь угла поворота вала в код»; Чернышев Д.А.], также преобразователи реализованные в виде микросхем, например AD2S83, AD2S1210 и др.

Известны также двухканальные преобразователи угла двухотсчетных СКТ, число электрической редукции грубого отсчета которых не превышает 1 [Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие/ В.Г. Домрачев, В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов. - М.: Энерго-атомоиздат, 1987. - 392 с.: ил.]. Недостатком таких преобразователей является отсутствие возможности использования датчика угла с числом электрической редукции грубого отсчета большим, чем единица.

Для повышения точности и разрешающей способности в технике применяются также датчики угла с числом электрической редукции грубого отсчета, отличным от 1 (например 3:16, 3:32, 3:64 и др.). Каждый канал такого датчика не имеет однозначной связи его сигналов с угловым положением вала , поэтому для определения последнего необходимо применять специальный алгоритм вычисления.

Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение точности преобразования угла поворота вала в код.

Устройство, реализующее ангалого-цифровое преобразование угла представлена на фиг. 1. Оно содержит двухотсчетный датчик СКТ с грубым и точным каналами 1, 2, масштабные усилители 3, 5, генератор опорного напряжения 4, аналого-цифровые преобразователи угла 6, 7, микроконтроллер 8, который вычисляет код углового положения вала датчика N.

Двухканальный преобразователь угла поворота вала в код двухотсчетного синусно-косинусного трансформатора с произвольным числом электрической редукции, содержащий генератор опорного напряжения 4, выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя утла первого и второго канала 6, 7, обмоткам возбуждения грубого и точного отсчетов датчика угла 1, 2, выходы которого подключены к входам масштабного усилителя первого и второго канала 3, 5 соответственно, выходы которых подключены к входам аналого-цифрового преобразователя угла первого и второго канала 6, 7 соответственно, для сведения двух каналов и вычисления итогового кода угла поворота вала используется микроконтроллер 8, на входные порты которого подаются шины данных выходного кода аналого-цифрового преобразователя угла первого и второго канала 6, 7.

Устройство работает следующим образом.

Для работы датчика угла на его обмотки возбуждения грубого и точного каналов 1, 2 подается с выхода генератора опорного напряжения 4 напряжение равное

U_ОП=U ₀·Sin₀t,

где ₀ - частота возбуждения датчика;

U₀ - амплитуда опорного напряжения.

Грубый и точный каналы датчика угла 1, 2 вырабатывают модулированные синусоидальные сигналы, U₁, U₂, U₃ , U₄, которые доводятся до необходимой амплитуды с помощью масштабных усилителей 3, 5 U₅, U₆ , U₇, U₈.

Далее аналоговые сигналы соответственно поступают на аналого-цифровые преобразователи угла 6, 7, преобразующие их в цифровые параллельные коды углов грубого N_Г и точного N_Т каналов. Синхронизация работы аналого-цифровых преобразователей угла 6, 7 и двух каналов датчика угла 1, 2 происходит по сигналу U_оп. Цифровые коды N_Г и N_Т приходят на микроконтроллер 8, который, в свою очередь, по специальному алгоритму (фиг. 2) высчитывает код угла N поворота вала. Для изменения числа электрической редукции микроконтроллер может быть перепрограммирован с помощью программатора 9.

Вычислять угловое положение вала предлагается с помощью формулы

где _Г, _Т - угол грубого и точного отсчета;

k_Г, k_T - число электрической редукции грубого и точного отсчета датчика;

- угол расхождения между грубым и точным каналами.

Вычисление начинается с проверки условия формулы (1) при значениях i и n, равных единице. Затем оно проверяется при последовательном увеличении n на единицу до n=k_Т . Если условие не выполняется, то последовательно на единицу увеличивается значение i до i=k_Г-1 и процедура перебора n повторяется.

При выполнении условия формулы 1 процесс вычисления прекращается и на выход подается код углового положения вала датчика ,

где _D0 - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла поворота вала.

Графически алгоритм вычисления представлен на фиг. 2.

Согласно реализуемому микроконтроллером 8 алгоритму, в первый момент времени происходит инициализация портов данных микроконтроллера A, B, C (1), которая заключается в установлении направленности портов (порты A и B на ввод данных, порт C на вывод). Следующий этап (2) - присвоение переменным _D0Г, _D0Т, _D0, , k_Г, k_Т значения постоянных величин, где _D0Г - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла N_Г грубого канала датчика угла, _D0T - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла N_Т точного канала датчика утла, _D0 - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла N поворота вала, - угол расхождения между грубым и точным каналами, k _Г - число электрической редукции грубого канала, k _Г - число электрической редукции точного канала. Далее происходит считывание кодов N_Г и N_Т (3) с портов приема данных, полученных с аналого-цифровых преобразователей углов 6, 7 и преобразование (4) в соответствующие значения углов грубого _Г и точного _Т каналов в градусах. Затем обнуляются счетчики i и n (5). Следующим этапом (6) проверяется истинность условия равенства значений углов грубого и точного каналов с поправкой на угол расхождения между ними. Если условие ложно, то происходит инкремент n (8), где 0<n<k_Т (7). По достижению n=k_Т происходит обнуление n и инкремент i (10), где 0<i<k_Г (9). Подбором n и i достигается определение количества периодов n точного канала для определения угла поворота вала . По достижению i=k_Г происходит возврат к считыванию кодов N_Г и N_Т (3) с портов приема данных. Если условие (6) истинно, переменной (11) присваивается значение угла точного канала с учетом количества периодов n и поправкой на число электрической редукции точного канала k_Т. Затем найденный угол поворота вала преобразуется в код угла N (12) и выводится на порт C микроконтроллера (13).

Преимуществом представленного преобразователя угла является то, что в устройстве можно использовать датчик с любым существующим числом электрической редукции грубого и точного каналов, достаточно установить соответствующий k_Г и k_Т.

Двухканальный преобразователь угла поворота вала в код двухотсчетного синусно-косинусного трансформатора с произвольным числом электрической редукции, отличающийся тем, что для повышения точности измерения используется двухканальный датчик угла с любым существующим числом электрической редукции, содержащий генератор опорного напряжения, выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя угла первого и второго канала, обмоткам возбуждения грубого и точного отсчетов датчика угла, выходы которого подключены к входам масштабного усилителя первого и второго канала соответственно, выходы которых подключены к входам аналого-цифрового преобразователя угла первого и второго канала соответственно, для сведения двух каналов и вычисления итогового кода угла поворота вала используется микроконтроллер, на входные порты которого подаются шины данных выходного кода аналого-цифрового преобразователя угла первого и второго канала.