Фотоэлектрическое устройство измерения малых угловых перемещений и скоростей

 

Изобретение относится к средствам измерения угловых скоростей и перемещений и предназначено главным образом для измерения малых угловых перемещений и скоростей с нижним пределом измерения, равным нулю, и повышенной точностью измерения . Устройство состоит из растрового фотоэлектрического преобразователя и измерительной схемы, позволяет определять также и направление перемещения. На выходах фотоэлектрического преобразователя формируются две последовательности импульсных сигналов опорной и измеряемой частот. Моменты формирования фронтов импульсных сигналов опорной и измеряемой последовательностей соответствуют взаимному положению растровых решеток измерительного диска и неподвижной пластины . Измерительная схема формирует два временных интервала, соответствующих двум положениям измерительного диска, выполняет операцию их сравнения, при этом осуществляется компенсация инструментальных составляющих погрешности измерения, формирует на выходе устройства в соответствующий момент времени величину перемещения л и угловой скорости, состояние старшего разряда информирует о направлении перемещения. Устройство обеспечивает малые значения динамической составляющей погрешности. 5 ил. с Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s))s G 01 Р 3/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4422622/10 (22) 08,02.88 (46) 07.01.91. Бюл. N 1 (71) Киевский институт автоматики им.XXV съезда КПСС (72) А.В.Мельников (53) 531.776(088.8) (56) Домрачев В.Г. Схемотехника цифровых преобразователей перемещения: Справоч, ное пособие. — M.: Энергоатомиздат-, 1987, с. 79-80, рис. 5.7. (54) ФОТОЭЛ Е КТРИЧ ЕСКОЕ УСТРОЙ СТВО

ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И СКОРОСТЕЙ (57) Изобретение относится к средствам измерения угловых скоростей и перемещений и предназначено главным образом для измерения малых угловых перемещений и скоростей с нижним пределом измерения, равным нулю, и повышенной точностью измерения. Устройство состоит из растрового фотоэлектрического преобразователя и изИзобретение относится к средствам измерения и может быть использовано для измерения малых угловых перемещений и скоростей в цифровых позиционных регуляторах, информационных системах, системах управления динамическими параметрами механизмов и др.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования на выходе устройства кодов, пропорциональных перемещению и скорости перемещения обьекта, при этом состояние старшего разряда выходного кода информирует о направлении перемещения.

„„Я „„1619175 А1 мерительной схемы, позволяет определять также и направление перемещения. На выходах фотоэлектрического преобразователя формируются две последовательности импульсных сигналов опорной и измеряемой частот. Моменты формирования фронтов импульсных сигналов опорной и измеряемой последовательностей соответствуют взаимному положению растровых решеток измерительного диска и неподвижной пластины. Измерительная схема формирует два временных интервала, соответствующих двум положениям измерительного диска, выполняет операцию их сравнения, при этом осуществляется компенсация инструментальных составляющих погрешности измерения. формирует на выходе устройства в соответствующий момент времени величину перемещения и угловой скорости, состояние старшего разряда информирует о направлении перемещения.

Устройство обеспечивает малые значения динамической составляющей погрешности. 5 ил.

На фиг. 1 представлена блок-схема фотоэлектрического устройства; на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие принцип действия фотоэлектрического устройст-. ва; на фиг. 3 — пример схемы выполнения задатчика временных интервалов; на фиг. 4— пример схемы блока установки; на фиг. 5— временные диаграммы, иллюстрирующие работу блока установки. Устройство содержит входной вал 1, измерительный диск 2, неподвижную пластину 3, индикаторный диск 4, два излучателя

5, два фотосчитывателя 6, электродвигатель

7, первый формирователь 8 опорных им-пульсов Ф п соединен через первый ключ 9 с входом первого триггера 10 и непосредст1619175

h топ = —, 94

СОо + Ж (2) 30 (3) 35

P — шо Тх (4) 45 (5) кает растровые решетки неподвижной пластины . 50

55 венно с первым входом первого задатчикэ

11 длительности интервала. Выход первого триггера 10 соединен с первым входом элемента ЗИ-Н Е 12. Выход второго формирователя 13 измеряемых импульсов 4Ъ соединен с первым входом второго ключа 14, выход которого соединен с входом второго триггера 15.

Выход второго триггера 15 соединен с первым входом второго элемента ЗИ вЂ” НЕ 16.

Выход блока 17 запрета соединен с вторыми входами ключей 9 и 14. Выход второго задатчика 18 длительности интервала подсоединен к установочному входу второго триггера 15. Счетные входы реверсивного счетчика 19 подсоединены к выходам соответствующих элементов ЗИ вЂ” НЕ 12 и 16, к вторым входам которых подсоединен генератор 20 квантующих импульсов. Блок 21 установки подсоединен своими первым и вторым входами соответственно к инверсным выходам первого 10 и второго 15 триггеров.

Первый 11 и второй 18 задатчики длительности интервала выполнены на счетчике-делителе 22, выход второго разряда которого через элемент НЕ 23 связан с выходом задатчика длительности интервала.

Блок установки состоит из элемента 2И

24 (фиг.4), D-триггера 25, счетчика 26 и дешифратора 27.

Устройство работает следующим образом.

Индикаторный диск 4 укреплен на валу электродвигателя 7 и вращается с постоянной скоростью ob в постоянном направлении вращения. Измерительный диск 2 укреплен на входном валу 1 устройства и вращается с измеряемой скоростью и против или по часовой стрелке. Измерительный диск 2 и неподвижная пластина 3 расположены в одной плоскости, параллельной плоскости индикаторного диска 4, обеспечивающего одновременное перекрытие растровых решеток неподвижной пластины 3 и измерительного диска 4, Поток излучения первого из двух излучателей 5 пересекает растровые решетки измерительного диска 2 и индикаторного диска 4, а поток излучения второго излучателя пересе3 и индикаторного дИска 4, Квантованные потоки излучения попадают на фоточувствительные площадки соответствующих фотоэлектрических преобразователей. Электрические сигналы с выходов фотоэлектрических преобразователей поступают на входы формирователя 8 опорных импульсов Фьп и формирователя 15 измеряемых импульсов Ф .

На выходе формирователя 8 опорных им5

20 пульсов Фоп фомируется последовательность импульсных сигналов Uт (фиг.2) с периодом следования Топ, равным где h — период растровых решеток.

На выходе первого триггера 10 (фиг.1) формируется последовательность импульсных сигналов 0,„(фиг.2) с переменным, зависящим от скорости оЪ перемещения вала 1 устройства периодом Ти следования, PBBHbIM

Знак "+" перед составляющей сох уравнения (2) соответствует встречному направлению вращения измерительного диска 2 и индикаторного диска 4, знак "-" — совпадающему направлению вращения дисков 2 и

4.

Измерительная схема устройства (фиг.1) обеспечивает измерительное преобразование с целью получения нэ выходах первого — n-го разрядов реверсивного счетчика 19 кода, соответствующего разности ЛТх опорного интервала Т1 и измеряемого интервала Тх причем Т1 = 2Топ, Тх = 2T>.

Разность интервалов АТ> прямо пропорциональна величине углового перемещения ф, за время измерения, равное (Т1 +. ЛТх), и пропорциональна средней угловой скорости

h на интервале времени Т1 ЬТх.

Измерительная схема устройства обеспечивает на выходе старшего разряда реверсивного счетчика 19 сигнал направления вращения входного вала 1.

Время измерения (T> + ATx) должно обеспечивать требуемую величину допустимого значения динамической составляющей погрешности измерения, обусловленную влиянием ускорения,i; перемещения. Заданное время измерения, меньшее допусти1619175 мого, обеспечивается выбором шага растровых решеток h и скорости (d0 вращения индикаторного диска 4.

Процесс измерения носит циклический характер.

Импульсные сигналы U7g и U-, (ôèã.2) с выходов формирователей 8 и 13 поступают соответственно на первые входы ключей 9 и

14 и на первые входь задатчи ов 11 и 18 длительности интервал;в. На выходах первого 10 и второго 15 триггеров формиру.отся сигналы От1 и От„, изображен нь : !;:а фиг.2.

Формирование кода, соответствующего величине hTx, осуществляется реверсивным счетчиком 19 на каждом иэ этапов, обозначенных на фиг.2. При этом в счетчике фиксируется код; соответствующий разности опорного и измеряемого интервалов. Из фиг.2 видно, что фактическ(: этап счета и преобразования состоит иэ двух подэтапав счета: на первом подзтапе формируется код, пропорциональный на:-;эл ному взаимному положению растровых решеток измерительного диска 2 и неподвижной пластины 3, на втором — код АТх, пропорциональный величине перемещения измерительного диска относительна неподвижной пластины эа интервал времени Т1 4: АТх. При этом в результате осуществляемого таким образом сравнения двух положений измерительного диска 2 удается компенсировать влияние ряда составляющих инструментальной погрешности измерения. В момент завершения этапа блок 21 установки!-!= "своем выходе формирует импульсный сигнал, сбрасывающий реверсивный счетчик 19 и устанавливающий выход блока запрета в исходное состояние (фиг.4 и 5).

5 В предлагаемом устройстве при измерениях дополнительно фиксируется направление перемещения и скорости.

Формула изобретения

i0 Фотоэлектрическое устройство измерения малых угловых перемещений и скоростей, содержащее фазовый интерполятор, первый и второй формирователи, два ключа, первый и второй триггеры, два элемента

15 ЗИ-НЕ, реверсивный счетчик, блок запретаиблокизмерения,отличающееся тем, что, с цегью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены двухвходовай блок установки, пер20 вый и второй задатчики длительности интервалов, причем --.-.ыход первого и второго формирователей соединен с первым входом соответственно первого и второго задатчиков длительности интервалов, вторые входы

25 которых соединены соответственно с инверсным выходом первого и второго триггеров и одним из входов блока установки, выход первого и выход второго эадатчиков длительности интервалов подсоединены со30 ответственно к установо ному входу первого и установочному входу второго триггера, а выход блока установки соединен с установочным входом реверсивного счетчика и входом опроса блока запрета.

1619175

Фиг.3

1619175

Составитель M,Òèõoíîâ

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С,Шекмар

Редактор И,Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 43 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5