Устройство для преобразования угла поворота

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕН И

Союз Советских

Социалистииеских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 20.Х 1971 (№ 1707360/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано ЗО.Х1.1973. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 23. IV.1974

М. Кл. G 01с 1/02

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делом нзооретений и открытий

УДК 528.522(088.8) Авторы изобретения

Л. М. Зациорский и Ю. А. Беляев

Главная астрономическая обсерватория АН СССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано, в частности,,в астрономических инструментах.

Известны фотоэлектрические преобразователи угла поворота, вала в код, состоящие из лимба (совмещенного с кодированным диском) несколько радиальных штрихов которого изображаются объективом в плоскости анализцрующего диска, установленного подвижно, несоосно с лимбом и снабженного приводом.

Hà анализирующем диске выполнены рядовые штрихи, реперные «старшие» радиальные штрихи и анализирующие щели в виде спиралей Архимеда.

Для считывания целых делений лимба последний должен быть совмещен с кодированньгм диском и включать в себя источник света, щель считывания кода, светочувствительные элементы, регистрирующее устройство и счетчик рядовых штрихов. Отсчет лимба состоит в измерении расстояния между некоторцм нулевым положением спиралей Архимеда и положением шт1рихов лимба (или их изображений) в данный момент. Нулевое положение спиральных линий определяется их положением в момент прохождения реперного радиального штриха мимо неподвижной щели считывания кода. Измерение расстояния между нулевым положением спиральных линий и положением штрихов лимба сводится к измерению угла поворота спиралей Архимеда относительно их нулевого положения.

Отсчет положения лимба в известных устройствах производится всего по нескольким

5 его штрихам, что не исключает случайной ошибки их нанесения. При применении спиралей Архимеда в качестве анализирующих щелей увеличить количество отсчетов за один оборот анализирующего диска, например, на

10 два порядка, невозможно, так как требуется выполнить двухсотзаходную спираль.

Ввиду несоосности вала с кодированным диском и вала, на который посажен анализи15 рующий диск, это устройство конструктивно сложно, и в любом случае его радиальные размеры всегда будут больше диаметра кодированного диска на величину диаметра анализирующего диска, что ограничивает возмож20 ность его использования в автоматических устройствах.

Масштаб, т. е. количество рядовых шприхов, вмещающихся в угловой единице, предполагается постоянным, а это увеличивает погреш25 ность отсчета угла. Измерять же средний масштаб по всем штрихам лимба вообще невозможно.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить случайную погрешность фотоэлектриче30 ского преобразователя угла поворота вала в

409068

3 код, что особенно ва.кно при использовании его в а стр оном ич ес к и х п р и бор а х.

Точность преобразования угла поворота вала в код повышается благодаря тому, что устройство снабжено неподвижным лимбом с индексом, установленным концентрично относительно кодированного диска. Анализирующий диск установлен соосно с кодированным диском часть его, находящаяся напротив кодированного диска, выполнена прозрачной.

Реперные и рядовые штрихи нанесены за пределами прозрачной части анализирующего диска, а его щели выполнены радиальными и расположены напротив радиальных штрихов кодированного диска. Напротив этих штрихов и штрихов неподвижного лимба установлен источник света в виде кольца, а с противоположной стороны кодированного диска помещено оптическое устройство, например линза, для сбора света на дополнительном светочувствительном элементе со всей кольцеобразной поверхности кодированного и анализирующего дисков, ограниченной анализирующими щелями, а также сбора света на втором светочувствительном элементе с поверхностей неподвижного лимба и анализирующего диска, ограниченной реперными штрихами. Кроме того, между счетчиками штрихов и регистрирующим прибором включен вычислительный блок.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — разрез по А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез по Б — Б на фиг. 1; фиг.

4 — узел 1 на фиг. 2; фиг. 5 — узел II на фиг.

3; на фиг. 6 — структурная схема устройства, на фиг. 7 — эпюры импульсов.

На кодированном диске 1 выполнен и-разрядный код Гирея 2, на этом же диске за пределами его кодированной части выполнено

2 — прозрачных радиальных штриха 3 (на месте и+1 разряда). По одну сторону диска

1 установлены и светочувствительных элементов 4 для работы совместно с кодированной частью диска 1 и один светочувствительный элемент 5 (опорный) для получения реперных и заполняющих импульсов, установлен по другую сторону диска 1.

Между светочувствительными элементами

4 и диском 1 установлена щель считывания кода 6. Реперный лимб 7 с двумя проз рачными штрихами «О», штрих которого располагается на продолжении линии (щели) считывания кода, устанавливают концентрически с диском 1. По другую сторону кодированного диска 1 находятся также источник света 8, отсекатель 9, цилиндрическая линза 10, и зеркало 11. Соосно с кодированным диском установлен подвижно анализирующий диск 12, связанный с двигателем 13. На анализирующем диске 12 напротив прозрачных шприхов

3 выполнены радиальные анализирующие щели 14, их количество и размер равны соответствующим прозрачным шприхам 3 кодированного диска 1. За анализирующими щелями 14 выполнены рядовые 15 и реперные 16 штрихи.

Рядовые штрихи 15 наносятся с плотностью

50 шт/мм, а реперные штрихи 16 наносятся на той же дорожке, что и рядовые, но выполняются в два — три раз длиннее, чем рядовые

5 и так, что они являются продолжением анализирующих щелей 14. Количество репе рных штрихов также равно 2" — . За кодированным диском 1, напротив .прозрачных штрихов 3 и неподвижного лимба 7, установлен кольцевой

10 источник света 17, а с противоположной сто роны — линза 18 для сбора света со всех реперных штрихов на светочувствительном элементе 5 и сбора света со всех 2 — анализирующих штрихов на дополнительном светочувет15 вительном элементе 19.

Электронная схема преобразователя состоит из и светочувствительных элементов 4 (в нашем случае и равно 10), опорного светочувствительного элемента 5, дополнительного све20 точувствительного элемента 19, усилителяформирователя 20, усилителя=формирователя

21, умножителя частоты 22, селектора по амплитуде 23, блока автоматики 24, счетчика

«масштаб» 25, счетчика «масштаб» 26, счет25 чика «интервал» 27, счетчика реперных штрихов 28, вычислительного блока 29 и регистрирующего прибора 30.

Анализирующий диск 12 непрерывно вращается (например, со скоростью 1 об/сек), З0 и при его вращении вследствие того, что анализирующие щели 14 пересекают радиальные прозрачные штрихи 3 кодированного диска 1, на выходе светочувствительного элемента 19 образуется последовательность импульсов 31. з5 Назовем эту последовательность импульсов масштабной. С выхода светочувствительного элемента 19 масштабная последовательность импульсов поступает на усилитель-формирователь 20 и далее масштабные импульсы с

40 крутыми фронтами поступают в блок автоматики 24. С выхода «опорного» светочувствительного элемента 5 на усилитель-формирователь 21 поступает другая последовательность импульсов, образующаяся в результате

45 пересечения;рядовых 15 и реперных 16 штрихов со штрихами реперного лимба 7. Частота этих импульсов / больше частоты импульсов масштабной последовательности fM.

Последовательность импульсов с частотой

50 fa назовем заполняющей. За полняющая последовательность содержит в себе и реперные импульсы 31, частота которых р — — fMM. С усилителя-формирователя 21 заполняющая последовательность, содержащая в себе реперные

55 импульсы, подается на умножитель частоты

22, который выделяет пятидесятую гармонику этих импульсов, и после их усиления и формирования в этом же блоке передний и.задний фронты импульсов пятидесятой гармоники по60 ступают в блок автоматики 24. С усилителяформирователя 21 заполняющая последова тельность импульсов подается также на селек. тор по амплитуде 23, который отделяет -реперные импульсы от рядовых (импульсов .запол65 пения) .

409068

15

Отделенные реперные импульсы 32 также поступают в блок автоматики 24, который управляет всеми счетчиками. При наличии разрешающего сигнала на шине «Пуск» все три последовательности импульсов проходят на соответствующие счетчики. Счетчик «масштаб»

25 открывается каждым нечетным импульсом, полученным в момент пересечения всех 2" прозрачных штрихов 3 кодированного диска 1 всеми 2" — анализирующими радиальными щелями 14. Закрывается счетчик «масштаб» 25 каждым четным импульсом, полученным аналогичным способом. Счетчик «масштаб» 26 открывается каждым четным и закрывается каждым нечетным импульсом, полученными таким же способом, как и для счетчика «масштаб» 25. В интервале открытия счетчики 25 и 26 считают импульсы заполнения, поступающие с блока ивтоматики 24. Счетчик «интервал» 27 открывается каждым рсперным импульсом 32 и закрывается первым после него усредненным импульсом от п розрачных штрихов 3 кодированного диска 1. В интервале открытия счетчик 27 также считает заполняющие импульсы. В результате в счетчиках

«масштаб» 25 и 26 накапливается число М, пропорциональное среднему расстоянию между двумя прозрачными штрихами 3 кодированного диска 1, причем усреднение производится по всем 2" — штрихам кодированного диска 1.

В счетчике «интервал» 27 накапливается число N, пропорциональное расстоянию между усредненным штрихом реперного лимба 7 и ближайшим m, усредненным,по всем 2" — штрихам прозрачным штрихом 3, который еще не дошел до усредненного штриха реперного лимба 7. Расстояния М и N показаны на фиг.

7, где 31 — импульсы «масштабной» последовательности, 32 — импульсы «реперной» последовательности, импульсы заполняющей последовательности (не показаны).

После производства заданного количества отсчетов (2" — в нашем случае) счетчик реперных штрихов (импульсов) выдает команду в блок автоматики 24, и подача импульсов в счетчики прекращается.

Далее информация со счетчиков передается в вычислительный блок и затем на регистрирующий прибор. Угол Р, отсчитываемый от усредненного штриха реперного лимба 7, определяется вь числительным блоком по формуле.

1 2 л — 1

360 1 ЧГ г"- + г"-, м

i 1 / где т — номер штриха, расстояние которого до усредненного штриха реперного лимба 7 измерялось преобразователем.

Номер т-ro штриха определяется однозначно кодированным диском 1. Сопряжение грубого (первый член в формуле) и точного отсчетов (второй член в формуле) осуществляется в вычислительHом блоке известными методами.

За один оборот анализирующего диска 12 отсчет интервала между усредненным шт рихом реперного ".èì.áà 7 и т штрихом кодированного диска 1 производится столько раз, сколько реперных штрихов нанесено на анализирующем диске 12 (в нашем случае 2" ), причем каждый из 2" — отсчетов получен усредненным по всем 2" — прозрачным радиальным штрихам 3 кодированного диска 1 и кроме того, каждый из 2" — отсчетов получен со своим масштабом. Приведенные выше особенности преобразователя могут уменьшить погрешности отсчета угла более чем на порядок но сравнению с известным преобразователем.

Предмет изобретения

Устройство для преобразования угла поворота вала в код, содержащее кодированный диск с радиальными прозрачными штрихами, расположенными выше кодовой маски, источник света, считывающую щель, расположенную за указанным диском, прозрачный индекс, установленный подвижно и снабженный приводом, анализирующий диск с реперными и рядовыми штрихами и анализирующими щелями, счетчики штрихов и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено неподвижным лимбом с индексом, установленным концентрично относительно кодированного диска, анализирующий диск установлен соосно с кодированным диском, часть его, находящаяся напротив кодированного диска, выполнена прозрачной, реперные и рядовые штрихи нанесены за пределами прозрачной части анализирующего диска, а его щели выполнены;радиальными и расположены напротив радиальных штрихов кодированного диска, напротив этих штрихов и штрихов неподвижного лимба установлен источник света в виде кольца, а с противоположной стороны кодированного диска помещено оптическое устройство, например линза, направляющая свет на дополнительный светочувствительный элемент со всей кольцеобразной поверхности кодированного и анализирующего дисков, ограниченной его щелями, а также собирающая свет на второй светочувствительный элемент с поверхности неподвижного лимба и анализирующего диска, ограниченной реперными штрихами; кроме того, между счетчиками штрихов и регистри рующим прибором включен вычисли. тельный блок.