Преобразователь угол—код

О П И С А Н И Е «>427368

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (б1) Зависимое от авт, свидетельства— (22) Заявлено 20.04.71 (21) 649537/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (32) Приоритет—

Опубликовано 05.05.74. Бюллетень ¹ 17

Дата опубликования описания 05.02.75 (51) М. Кл. 608с 9. 06 государственный комитет

Совета Министров СССР

fI0 делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л. Н. Бутенко и Б. Я. Карасик (71) Заявитель (54) ЙРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ УГОЛ вЂ К

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и служит для преобразования угла поворота вала в цифровой .код.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие устройство грубого отсчета, установленное на входном валу и состоящее из кодового диска и считывающего блока, устройство точного отсчета, содержащее кодовый диск, установленный на валу двигателя, и считывающий блок, проекционные фотоэлектрические системы, установленные напротив осветителя и соответствующих штрихов кодовых дисков.,Выходы считывающего блока точного, отсчета соединены через соответствующие формирователи импульсов с первым и вторым входами счетчика импульсов, первый выход которого подключен через первый вентиль к первому входу реверсивного счетчика, а второй — к первому входу преобразователя кода .грубого отсчета, вторым входом подключенного к выходу считывающего блока грубого отсчета. Выход преобразователя кода грубого отсчета соединен через второй вентиль со вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля, вторым входом подключенного к выходу первого олока временного разделения импульсов. Входы блока определения направления вращения соедипены с выходами проекционных фотоэлектрических систем, первый выход — с первым входом второго блока временного разделения импульсов, выход которого подключен ко вто5 рым входам первого и второго вентилей и к первому входу первого блока временного разделения импульсов, вторым входом соединенного с цепью опроса. Второй вход второго блока временного разделения импульсов сое10 динен с первым входом счетчика импульсов.

Второй и третий выходы блока определения направления вращения подключены соответственно через четвертый и пятый вентили к третьему и четвертому входам реверсивного счетчика.

Недостатком известных устройств является невысокое быстродействие, вызванное несоответствием импульсов опроса скорости и направления вращения контролируемого вала.

С целью повышения быстродействия преобразователя в него введен экстраполятор, состоящий из последовательно соединенных измерителя интервалов времени, функциона lbного преобразователя, шестого вентиля, запоминающего регистра, седьмого вентиля и накапливающего сумматора. Вторые входы накапливающего сумматора функционального преобразователя и измерителя интервалов времени подключены к первому выходу блока определения направления вращения, а пер427368 вый вход измерителя интервалов времени и второй вход седьмого вентиля соединены с первым входом счетчика импульсов. Выход накапливающего сумматора соединен с третьим входом первого блока временного разделе ния импульсов и со вторым входами четвертого и пятого вентилей.

На фиг. 1 и 2 приведена функциональная схема устройства.

Оно содержит устройство точного отсчета, которое включает вращающийся с постоянной скоростью кодовый диск 1, установленный на валу синхронного двигателя 2, и считывающий блок, состоящий из осветителей 3 и 4, диафрагмы 5 и фотоприемников 6 и 7. На торцовой поверхности диска 1 нанесены штрихисетки 8 в виде спирали Архимеда, кольцевая дорожка 9 с и радиальными штрихами (штрих .10 находится вне дорожки). Фотоприемники 6 и

7 воспринимают световые потоки, модулированные штрихами дорожки 9 и штрихом 10.

Устройство грубого отсчета содержит кодовый диск 11, закрепленный на входном валу 12, и считывающий блок,18. Две проекционные фотоэлектрические системы, каждая из которых состоит соответственно из призм (4 17 и 18 — 21, объективов 22, 28 и 24, 25, диафрагм 26, 27 и 28, 29, фотоприемников 80, 8l и 32, 88, установлены напротив общего осветителя для обоих систем. Осветитель состоит из источника света 84, конденсатора 85, разделительной призмы 86, четырех отражательных призм 87 — 40, которые направляют световые потоки через коллекторы 41 — 44, на диаметрально противоположные участки штрихов спиральной сетки 8, Входы блока определения направления вращения 45 (см. фиг. 2), содержащего балансные усилителиформирователи 46, 47 и логическую схему 48, соединены с выходами фотоприемников

80 — 38.

Преобразователь также содержит формирователи импульсов 49, 50, счетчик импульсо)B 51, вентили 52 — 56; реверсивный счетчик

57, преобразователь кода грубого отсчета 58, блоки временного разделения импульсов 59, 60 и экстраполятор 61. Экстраполятор содержит последовательно соединенные измеритель интервалов времени 62, функциональный преобразователь 68, шестой вентиль 64, запоминающий регистр 65, седьмой вентиль 66, накапливающий сумматор 67 и цепи опроса 68.

Выходы считывающего блока точного отсчета (выходы фотоприемников 6 и 7) соединены через формирователи импульсов 50 и 49 соответственно с первым и вторым входами счетчика импульсов 51, первый выход которого через первый вентиль 52 подключен к первому входу реверсивного счетчика 57, а второй соединен с первым входом преобразователя кода грубого отсчета 58. Выход последнего через второй вентиль 54 соединен со вторым входом реверсивного счетчика 57, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля 53, вторым входом подключенного к

65 выходу первого блока временного разделения импульсов 59. Первый выход блока определения направления вращения 45 (выход логической схемы 48) соединен с первым входом второго блока временного разделения импульсов 60 и вторыми входами сумматора 67, шестого вентиля 64, преобразователя 68 и измерителя интервалов времени 62.

Выход блока 60 подключен ко вторым входам первого 52 и второго 54 вентилей и к первому входу блока 59, второй вход .которого соединен,с цепью опроса 68. Второй .вход блока 60 соединен с первым входом счетчика импульсов 51. Второй и третий выходы блока определения направления вращения 45 подключены соответственно через четвертый 56 и пятый 55 вентили к третьему и четвертому входам реверсивного счетчика 57. Вторые входы четвертого 56 и пятого 55 вентилей соединены с выходом накапливающего сумматора 67 и с третьим входом первого блока временного разделения импульсов 59. Первый вход измерителя интервалов времени 62 и второй вход седьмого вентиля 66 соединены с первым входом счетчика импульсов 51. Второй вход преобразователя кода груоого отсчета

58 соединен с выходом считывающего блока 18. Проекционные фотоэлектрические системы отъюстированы так, что в тот момент, когда решетки одной из них пропускают максимальный световой поток, решетки другой пропускают минимальный поток. iB результате сигналы фотоприемников 80, 81 сдвинуты по фазе один относительно другого на половину пе риода. Аналогично сдвинуты по фазе сигналы фотоприемников 82 и 33. При неподвижном входном вале 12 сигналы фотоприемников 30 — 88 имеют одинаковую частоту, величина которой определяется скоростью вращения диска 1. Вращение вала

1Z приводит к увеличению частоты .сигналов фотоприемников в одной из проекционных фотоэлектрических систем и соответственно к уменьшению частоты сигналов в другой системе в зависимости от направления вращения вала.

Сигналы с фотоприемников 80, 81 поступают на входы усилителя 47, а сигналы с фотоприемников 32 и 88 — на входы усилителя

46.,Эти усилители на выходах формируют импульсы в моменты равенства амплитуды сигналов на обоих входах. В момент появления импульсов,на выходах усилителей 47 или 46 устройства грубого и точного отсчетов оказываются согласованными. Периоды повторения выходных импульсов усилителей 47 и 46 при вращении входного вала 12 различны, так как различны частоты модуляции световых потоков в проекционных фотоэлектрических системах. Импульсы поступают на входы логической схемы 48, которая, пропускает на свой выход «1» импульсы большей частоты. В случае равенства частот на выход «1» схемы 48 проходят импульсы, сформированные усили427368 телем 47. При,вращении вала 12 в сторону увеличения отсчета .на выходе «2» схемы 48 появляется сигнал в виде высокого уровня напряжения, а при вращении входного вала в противоположном .направлении такой сигнал появляется на выходе «3».

В устройстве точного, отсчета осуществляется циклическое преобразование угла поворота в код, основанное на принципе подсчета приращений угла поворота. Формирователь импульсов 49 формирует импульсы (период следования их равен периоду вращения вала двигателя 2), которые устанавливают счетчик импульсов 51 в нулевое состояние. На счетный вход счетчика импульсов 51 с выхода формирователя импульсов 50 поступают импульсы, являющиеся эививалентами элементарных приращений угла поворота диска точного отсчета. В результате подсчета числа импульсов на выходах счетчика импульсов 51 образуется код числа, соответствующего углу поворота диска точного отсчета, Считывание информации со счетчика импульсов 51 происходит импульсами, сформированными блоком временного разделения импульсов 60. Она служит для исключения совпадения по времени импульсов, открывающих вентили 52, с импульсами сброса счетчика импульсов на нуль и счетными импульсами, вырабатываемыми формирователями импульсов 49 и 50 соответственно. Импульсы открывают вентили 52, через которые информация об угле поворота диска точного отсчета, записанная в счетчике 51, переносится в триггеры младших разрядов устройства 57. Преобразователь кода грубого отсчета 58 преобразует сигналы чувствительных элементов считывающего блока 18 в параллельный код. Считывание информации с преобразователя кода грубого отсчета 58 происходит .выходными импульсами олока временного разделения импульсов

60, которые управляют открыванием вентилей 54. Через эти вентили код старших разрядов из преобразователя кода грубого отсчета 58 поступает в триггеры старших разрядов реверсивного счетчика 57. С выходов триггера старшего разряда счетчика импульсов 51 в преобразователь кода груоого отсчета 58 подается сигнал, с помощью которого устраняется неоднозначность считывания в устройстве грубого отсчета.

В моменты согласования устройств грубого и точного отсчетов в реверсивном счетчике

57 записываются и ста|ршие и младшие разряды кода числа, являющегося эквивалентом угла поворота входного вала .12.

В промежутках времени между моментами согласования устройств грубого и точного отсчетов на вход сложения «+» или вычитания « — » реверсивного счетчика 57 через вентили 55 или 56 соответственно поступают импульсы элементарных приращений угла поворота. Частота следования этих импульсов определяется экстралолятором 61 с учетом величины скорости вращения контролируемого

l0

65 вала,12. Управление подачей приращений на входы «+» или « — » счетчика 57 осуществляется схемой 48 через вентили 55 и 56 в зависимости от направления вращения входного вала 1 2.

Измеритель интервалов времени 62 определяет длительность интервалов времени между импульсами согласования отсчетов, сформированными на выходе «1» схемой 48. Измеренная величина поступает в виде цифрового кода в функциональный преобразователь 68, который преобразует ее в значение приращения угла Лср,.

Для устранения влияния нестабильности вращения диска 1 на точность вычисления величины Л р; в качестве импульсов квантования для измерителя интервалов времени 62 используются импульсы формирователя импульсов 50, т. е. формирователь импульсов 50 является квантователем временных,интервалов, а синхронный двигатель 2 запитывается стабильным по частоте напряжением.

Вычисленные функциональным преобразователем 68 значения Аср; через вентили 64 передаются в запоминающий регистр 65. 3атем измеритель интервалов времени 62 и функциональный преобразователь 68 устанавливаются .в начальное состояние, и начинается новый цикл определения значения приращения Ау;. Накапливающий сумматор 67 через квантованные интервалы времени увеличивает содержимое своего регистра суммы на величину Аср;, так как по окончании каждого из этих интервалов времени входы сумматоров 67 подключаются к выходам запоминающего регистра 65 через вентили бб. Выход сумматора 67 связан через вентили 55 и 56 со входами « †» и «+» реверсивного счетчика

57. В связи с этим величина угла поворота вала 12, записанная в реверсивный счетчик

57 в момент согласования отсчетов, изменяется на величину -Лср; или — Л р; (знак зависит от направления вращения входного вала 12).

Таким образом, в реверсивном счетчике

57 записывается код числа, считанный с устройств грубого и точного отсчетов, а в промежутках времени между моментами согласования, в реверсивный счетчик вводится поправка в зависимости от скорости. Следовательно, в любой момент времени в реверсивном счетчике 57 содержится код числа, соответствующий величине угла поворота,входного вала 12.

Информация об угле поворота входного вала 12 во внешнее устройство, например, ЦВМ, выдается через вентили 58, которые открываются по команде, поступающей из первого блока временного разделения импульсов

59, Это устройство прп поступлении на его вход по цепи опроса 68 сигнала «опрос» вырабатывает на своем выходе команду на открывание вентилей 58, которая по времени не совпадает с моментами перехода реверсивного счетчика 57 из одного состояния в другое, и представляет собой импульс малой длптель427368 ности, не совпадающий по времени ни с импульсами согласования отсчетов, ни с импульсами, поступающими в реверсивный счетчик 57 из сумматора б7.

Предмет изобретения

Преооразователь угол — код, содержащий устройство грубого отсчета, установленное на 10 входном валу и состоящее из кодового диска и счить вающего блока, устройство точного отсчета со считывающим блоком и установленным на .валу двигателя кодовым диском, проекционные фотоэлектрические системы, ус- 15 тановленные напротив осветителя и соответствующих штрихов кодовых дисков, выходы считывающего блока точного отсчета соединены через соответствующие формирователи импульсов с первым и вторым входами счет- 20 чика импульсов, первый выход которого подключен через первый вентиль к первому входу реверсивного счетчика, а второй — к первому входу преобразователя кода грубого отсчета, второй вход которого подключен к выходу 26 считывающего блока грубого отсчета, выход преобразователя кода грубого отсчета соединен через второй вентиль со вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом третьего вентиля, второй ЗО вход которого подключен к выходу первого блока временного разделения импульсов, блок определения направления вращения, входы которого соединены с выходами проек ционных фотоэлектрических систем, первый выход блока определения направления вращения соединен с первым входом второго блока временного разделения импульсов, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго вентилей и к первому входу первого блока временного разделения импульсов, второй вход которого соединен с цепью опроса, второй .вход второго блока временного разделения импульсов соединен с первым входом счетчика импульсов, .второй и третий выходы блока определения направления вращения подключены соответственно через четвертый и пятый вентили к третьему и четвертому входам реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введен экстраполятор, состоящий из последовательно соединенных измерителя интервалов времени, функционального преооразователя, шестого вентиля, запоминающего регистра, седьмого вентиля и накапливающего сумматора, вторые:входы накапливающего сумматора, шестого вентиля, функционального преобразователя, измерителя интервалов времени подключены к первому выходу блока определения направления вращения, первый вход измерителя, интервалов .времени и второй вход седьмого вентиля соединены с первым входом счетчика импульсов,,выход накапливающего сумматора соединен с третьим входом первого блока временного разделения импульсов и со вторыми входами четвертого и пятого вентилей.

427368

i

I

1

1 !, 1 (!

Корректор И. Симккна

Техред Е. Борисова

Редактор Л. Утехина

Тип. Харак. фин. пред. «Патент»

Заказ 1718/563 Изд. № 825 Тираж б24 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7Ê-35, Раушская иаб., д. 4/5