Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и уменьшение габаритов преобразователя. Для достижения цели в преобразова еле кодовая дорожка среднего отсчета кодового диска разделена на 2 равных секторов , где п - натуральное число, а каждый сектор разделен на 2 участков , причем шаг делений первого сектора (угловой размер участка) равен кван/у младшего разряда кода грубого отсчета, таг делений (угловой размер участка) последующих секторов равен угловой величине (кванту) младшего разряда кода, сформиро- - ванного от предыдущего сектора. В пределах каждого участка дорожка ограничена ступенчатой линией. Угловая величина каждой ступени равна угловой величине (кванту) младп1его разряда кода, формируемого этим сектоп Пр (Л Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1312735 (5д 4 Н 03 М 1/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCXOMY СВИДЕ ГЕПЬСТВУ

СНЪЛМОТСМ А (21) 3991898/24-24 (22) 17.12.85 (46) 23.05.87. Бюл. У 19 (71) Институт радиофизики и электроники AH АрмССР (72) А.Г.Авакян (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1022201, кл. Н 03 М 1/26, 1982 °

Авторское свидетельство СССР

У 1238237, кл. Н 03 М 1/24, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и уменьшение габаритов преобразователя. Для достижения цели в преобразователе кодовая дорожка среднего отсчета кодового диска разделена на 2" равных секторов, где n — - натуральное число, а каждый сектор разделен нэ 2 участков, причем шаг делений первого сектора (угловой размер участка) равен кванту младшего разряда кода грубого отсчета, шаг делений (угловой размер участка) последующих секторов равен угловой величине (кванту) младшего разряда кода, сформиро-— ванного от предыдущего сектора.

В пределах каждого участка дорожка ограничена ступенчатой линией. Угловая величина каждой ступени равна уг- а

Ц лоной величине (кванту) младшего разряда кода, формируемого этим сектоп imp

131 ром, а число ступеней равно числу кодовых комбинаций. Дорожка грубого отсчета может быть выполнена аналогично одному шагу дорожки среднего отсчета, а дорожка точного отсчета выполнена равномерно квантованной. Сигналы с фотоприемников l и 2, установленных против дорожки грубого отсчета кодового диска, фориирователеи 9 кода грубого отсчета преобразуются в код старших разрядов выходного кода, который управляет работой коммутатора 10, осуществляющего подключение аналого-цифровьпс преобразователей 1316 к фотоприеиникам 3-6, установленным против дорожки (АЦП) среднего отсчета кодового диска так, что в каж дом из АЦП 13-16 осуществляется, преобразование сигнала, снимаемого с одного и того же сектора дорожки среднего отсчета. Из двукраэрядных кодов на выходах АЦП 13-16 элементами, ИС2735

КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28 осуществляется формирование выходного кода среднего отсчета. Сигналы, снимаемые фотоприемниками 7 и 8 и формирователем II кода точного отсчета, преобразуются в и младших разрядов (точный отсчет) выходного кода. Согласование отсчетов осуществляется сигналами, сформированными формирователями 17-20 согласующих сигналов. Иэ сигналов старшего разряда кода точного отсчета в зависимости от кодов младшего разряда, грубого отсчета для первого сек- тора кодовой дорожки, среднего отсчета кодового диска и в зависимости от кода младшего разряда предыдущего сектора формируются сигналы для остальных секторов кодовой дорожки среднего отсчета. Согласование грубого отсчета осуществляется аналогично в формирователе 9 кода грубого отсчета. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Целью изобретения является повышение разрешакщей способности и умень1О

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками и в систеиах управления телескопами шение габаритов преобразователя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 — дорожка грубого отсчета и фрагмент дорожки среднего отсчета кодового. диска преобразователя и расположение фотоприемников относительно этих дорожек; на фиг. 3 — диаграмчы, поясняющие процесс формирования сигналов среднего отсчета преобразователя; на фиг.4аналого-цифровой преобразователь; на фиг. 5 - варианты выполнения формирователей согласующих сигналов, на фиг. 6 — формирователь кода грубого отсчета.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит излучатели, индикаторный и кодовый диски (не показаны), фотоприемники грубого отсчета

I и 2, среднего отсчета 3-6 и точного отсчета 7-8, формирователь 9 кода

2 грубого отсчета, коммутатор 10, формирователь 11 кода точного отсчета, источник 12 опорного напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

I3-16, формирователи 17-20 согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 2!-28, Каждый иэ АЦП 13-16 (фиг.4) содержит резистивную матрицу 29, сумматоры 30-32, компараторы 33-35, дешифратор 36 на элементах ИСКЛЮЧАЮ-, ЩЕЕ ИЛИ 37 и выходы 38-40, а каждый из формирователей 17-20 согласуницих сигналов - инвертор 41 делитель 42, напряжения и коммутатор 43 (фиг. 5 a ) или элемент ИСКЛЮЧАНХЦЕЕ ИЛИ 44 и делитель 45 (фиг. 5 ). формирователь, 9 кода грубого отсчета (фиг. 6) содержит формирователи 46 и 47 согласующих сигналов, выполненные аналогично формирователям 17-20, коммутаторы 48 и 49, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

50 и АЦП 51 и 52, выполненные аналогично АЦП 13-16, Дорожка грубого отсчета кодового диска преобразователя (фиг. 2 a ) содержит активный (прозрачный) участок, ограниченный ступенчато возрастаюсцей линией с -угловым размером ступени oLp, равным 360 /? ", где

Rqep r-Rgg.r

2" -1

При k=2 и двух фотоприемниках I и 2 грубого отсчета (1=2) угол между их осями составляет

=45 е.

15 где 1 — число фотоприемников 1 и 2 грубого отсчета.

Дорожка среднего отсчета разделена на четыре равных сектора (n=2) и 20 считывается четырьмя фотоприемниками 3-6. Каждый сектор содержит 2 участков, где m — натуральное число.

Угловая величина участка первого сектора равна 11„ =45 (т.е. кванту млад- 25 щего разряда выходного кода грубого отсчета преобразователя), а угловая величина участка каждого последующего сектора — угловой величине (кванту) младшего разряда выходного кода, ЗО сформированного от предыдущего сектора. Она определяется выражением

И;, W

35 где m — натуральное число.

Для приведенного примера (фиг ° 2 6 )

ы, m=2, поэтому Н = -- =11 15, W> =

=2 48 45, W =42 11, 25, В пределах 40 одного участка радиальный размер дорожки среднего отсчета ступенчато возрастает, а в пределах сменного участка — ступенчато убывает, В каждом секторе угловой размер ступени

Wi определяется выражением а(= — . Для

2 укаэанного примера (m=2) g, =ll 15 (48 45" (42 11 25 4

Величина ступени в радиальном направ-50 пении радиальный размер ступени определяе тся выражением

R ð с RHKc

2 — 1

Дорожка точного отсчета кодового диска преобразователя (не показана) выполнена равномерно квантованной и содержит деления с угловой величиной

3 131 27 натуральное число (для случая, когда k=2 (фиг, 2 a ), с =90 ) . .Радиальный размер дорожки грубого отсчета изменяется от радиуса R „ „внутренней до радиуса К„, наружной границ дорожки. Радиальный размер а ступени определяется выражением

35 шага, равной угловому размеру ступени последнего сектора дорожки среднего отсчета кодового писка. В данном случае квант равен 360/2 . Информация считывается с нее фотоприемниками 7 и 8.

Преобразователь работает следующим образом.

При вращении вала преобразователя, кинематически соединенного с кодовым диском, на фотоприемниках 1 и

2 выделяются сигналы, пропорциональные падающему на них световому потоку от излучателей. Эти сигналы, по

Аорме близкие к ступенчато возрастающей Аункции, поступают на Аормцрователь 9 кода грубого отсчета, на выходе которого Aoрмируются три с Iарших разряда выходного кода (грубый отсчет).

ИнАормационные входы АЦП 51 и 52 являются информационными входами формирователя 9 и подключены к фотопри емникам 1 и 2 (Аиг. 6). На выходах

38 и 39 АЦП 51 образуются два старших разряда выходного кода преобразователя. На выходах 38 и 39 АЦП 52 образуется двухраэрядный код, смещенный на половину кванта младшего разряда по отношению к коду АЦП 51, так как оси фотоприемников 1 и 2 разнесены на угол, равный 45 . Иладший разряд выходного кода грубого отсчета выделяется на выходе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 50, входы которого через коммутаторы 48 и 49 подключены к выходам 39 (младших разрядов) АЦП

51 и 52.

На Аотоприемниках 3-6 среднего отсчета образуются сигналы, которые поступают на входы коммутатора 10, на управляющие входы ко торо го подаются сигналы трех старших разрядов выходного кода, сформированных в Аормирователе 9 кода грубого отсчета. Переключение в коммутаторе 10 происходит таким образом, что на каждый из его выходов поступает сигнал с одного и того же сектора дорожки среднего отсчета кодового диска в пределах полного .оборота вала. Эти сигналы (Аиг. 3 y ) поступают на информационные входы АЦП 13-16, каждый из которых Аормирует прямоугольные сигналы по трем уровням, соответствующим трем ступеням входного напряжения (фиг.36, Ь и t). Ha выходах каждого из АЦП

13-16 образуются возрастающий д-,.хразрядный двоичный код при ступенча131273

5 то возрастающем напряжении U на с информационном входе каждого из АЦП

13-16 в пределах одного участка сектора и убывающий при ступенчато убыВающем напряжении Up в пределах смежного участка (фиг. Зу и д ). .Эти сигналы поступают на первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21-28,на выходах которых получается воэрастакщий восьмираэрядный двоичный код fp (средние разряды выходного кода) в пределах полного оборота вала (фиг.Зх и, средний отсчет), Для этого на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАКЩЕЕ

ИЛИ 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, 27 и

28 подключенных к выходам соответствукицих АЦП 13-)6, подаются сигналы выходного кода следующего по номеру старшего разряда по отношению к ко15 тов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и 22, 23 и

24, 25 и 26, 27 и 28 (фиг. 3 e), На фотоприемниках 7 и 8 точного отсчета выделяются квадратурные сигналы, поступакщие на формирователь

11 кода точного отсчета, которым осуду, формируемому данной парой элемен- 20

5 6 ловины амплитуды соответствующей ступени входного сигнала U а уровни

U )) H U< — itpeBb>HIalIH rlosloBHH7 BM плитуды соответствующей ступени, но были меньше целой амплитуды (фиг.3 a )

При считывании логической "1" в старшем разряде точного отсчета формирование выходных сигналов компараторов 33-35 осуществляется по верхним уровням U, U и U<, чем обеспечивается отставание кода. При считы-, вании логического "Он в старшем разряде точного отсчета формирование сигналов осуществляется по нижним уровням )„, Б и )1, чем обеспечивается опережение кода. При положении кодового диска, когда величина сигналов фотоприемников 3-6 находится в интервалах между напряжениями У и ). ю )) и Ц», У и Б, в изменение кода в старшем разряде точного отсчета с "1" на "0" приводит к изменению выходного кода среднего отсчета с отстающего на опережающий. телями 7-20 согласующих сигналов из сигнала старшего (n-го) разряда младших разрядов выходного кода (разряд точного отсчета). Для этого постоянные напряжения с выходов реэистивной (R-2R) матрицы 29 АЦП 13-16 (фиг. 4), вход которой является входом опорного напряжения У „ АЦП )345

) 6 и подсоединен к источнику 12 опорного напряжения, суммируются в сум50

55 ществляется формирование и младших разрядов выходного кода (точный отсчет) . Формирователь 11 представляет собой интерполятор, выполненный, например, в виде по следов ательно включенных блоков формирователей, дешиф ратора и потенциометрического моста, Согласование среднего и точного отсчетов преобразователя осуществляется управлением пороговыми напряжениями компараторов 33-35 АЦП 13-16 сигналами, вырабатываемыми формироваматорах 30-32 с согласующим сигналом и подаются на пороговые входы компараторов 33-35, на объединенные информационные входы которых посту-пает напряжение U» с соответствующего фотоприемника 3-6.

Опорные напряжения Up„è амплитуда напряжения согласующего сигнала U „„ выбираются таким образом, чтобы пороговые уровни U, U и U на входах компараторов 33-35 не превышали по30

Сигнал, сформированный компаратором 34 по средней ступени (фиг.3 в), поступает на выход 38 АЦП 13-16 непосредственно и является старшим разрядом, формируемым данным АЦП 13-16.

Сигналы компараторов 33 и 35, сформированные по верхней и нижней ступеням (фиг. 3 )) и t) подаются на входы элемента ИСКЛЮЧАЮР(ЕЕ ИЛИ 37-1, с выхода которого сигнал поступает на один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 37-2, на другой вход которого подается сигнал с компаратора 34, а на выходе формируется младший знаl чащий разряд (выход 39) . Согласование ступенчато убывающего напряже" ния сигналов среднего отсчета осуществляется инверсным сигналом старшего разряда точного отсчета, для чего в промежутках между ступенчато возрастающим и ступенчато убывающим напряжениями производится коммутация сигнала старшего разряда точного отсчета на инверсный формирователь 17 согласующих сигналов. Для этого на второй вход каждого из формирователей 17-20, подключенного к соответствующему АЦП 13-16, подается сигнал выходного кода следунхцего по номеру старшего разряда по отношению к коду, вырабатываемому этим АЦП 13-16 (сигнал с выхода младшего разряда формирователя и с выхода элементов

7 13

22, 24 и 26. соответИСКЛ10ЧАЮЦЕ Е ИЛИ ственно), При применении формирователей 1720, выполненных на инверторе 41, делителе 42 напряжения и коммутаторе

43 (фиг. 3 м ), сигнал старшего разряда кода точного отсчета прямо и через инвертор 41 поступает на делитель 42 напряжения, выходы которого подключены к входам коммутатора 43.

В зависимости от логического уровня коммутирующего сигнала Г на выход

Ком коммутатора 43 проходит прямой или инверсный сигнал старшего разряда точного отсчета, амплитуда которого определяется коэффициентом деления делителя 42 напряжения.

При применении формирователей 1720 согласующих сигналов, выполненных на элементе ИСКЛЮЧАМ11ЕЕ ИЛИ 44 и делителе 45 напряжения, коммутация сигнала старшего разряда точного отсчета осуществляется элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 44, на входы которого подаются коммутирующий и коммутируемый сигналы (U„,„è п ), а амплитуда согласующего сигнала устанавливается делителем 45 напряжения, подключенным к выходу элемента ИСКЛЮЧАКЗЦЕЕ

ИПИ 44.

Согласование грубого. отсчета преобразователя осуществляется анало12735 8

30 деляется на выходе 38 АЦП 51 (52).

Таким образом, достигается одновременность смены (n+ 11), (и+ 10) и (и+9) разрядов кода грубого отсчета лри формировании задних фронтов сигналов фотоприемников 1 и 2.

Тот или иной вариант построения узлов преобразователя определяется базовой серией интегральных микросхем, а также конкретным выполнением кодового диска преобразователя, в частности числом секторов и ступеней в секторе.

В грубом отсчете преобразователя може1 быть использовано кольцевое кодирование, что при предлагаемом числе фотоприемников грубого отсчета снижает разрешающую способность преобразователя на один двоичный разряд.

Предлагаемый преобразователь позволяет получить одиннадцать старших разрядов на двух дорожках при шести фотоприемниках и и младших разрядов при дорожке точного отсчета с квантом, равным 360 /2 .

Число ступеней линий, ограничивающих активные участки дорожек грубого и среднего отсчетов, может быть увеличено и за счет этого повышается разрешающая способность преобразователя беэ увеличения числа дютоприемников и его диаметра. го сигнала одного АЦП 51 (52) испольгичньи образом при помощи согласующих сигналов, вырабатываемых формирователями 46 и 47 (фиг. 6)> которые выполняются по схемам формирователей

17-20. В качестве коммутирующего сигнала для формирования согласующезуется сигнал, сформированный другим АЦП 52 (51) по уровням U и U (фиг. 3 a ), который выделяется на выходе 40 (фиг. 4 и фиг. 3 ), И наоборот для коммутации согласующего сигнала второго АЦП 52 используется сигнал, сформированный первым АЦП

51 по тем же уровням. Согласование задних фронтов сигналов грубого отсчета осуществляется при помощи коммутаторов 48 и 49 сигналами с выходов АЦП 51 и 52 (фиг. 6). Области заднего фронта сигнала, поступающего с фотоприемника 1 (2) на АЦП 51 (52), соответствует уровень логичес кой "1" на выходе 40 АЦП 52 (51).

В этом положении кодового диска на выход коммутатора 49 (48) поступает сигнал, сформированный по уровням U> и U4 (фиг. 3 а), который вы35

Формул а изобретения

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий излучатели, оптически соединенные через индикаторный диск и кодовый диск с дорожками грубого, точного отсчетов и,дорожкой среднего отсчета, разделенной на

2" равных секторов, где п — натуральное число, с фотоприемниками грубого, точного и среднего отсчетов, выходы фотоприемников точного отсчета соединены с входами формирователя кода точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с информационными входами формирователя кода грубого отсчета, первый и второй управляющие входы которого соединены с вьмодом старшего разряда формирователя кода точного отсчета и выходом источника опорного напряжения, а выходы соединены с управляющими входами коммутатора, информационные входы которого подключены к выходам 2" фотоприемников среднего отсчета, элементы ИСНЛЮЧАЮ111ЕЕ ИЛИ, выходы которых и выходы формирователей

1312735

1О кода точного и грубого отсчетов являются выходами преобразователя, отличающий с ятем,что, с целью повышения разрешающей способности и уменьшения габаритов преобразователя, в него введены по числу фотоприемников среднего отсчета аналого-цифровые преобраэонатели и формирователи согласующих сигналов, элементы ИСКЛЮЧАЙЦЕЕ ИЛИ объединены в 2" пар, а каждый сектор дорожки среднего отсчета кодового диска разЩ делен на 2, где m — натуральное число, участков, выполненных со ступенчатым равномерно изменяющимся от радиуса R8„ âíóòðåííåé до радиуса

6н с

R наружной границ дорожки среднего отсчета радиальным размером и расположенных так, что равные радиальные размеры смежных участков совмешены, угловая величина 11,. каждого участка первого сектора равна угловому эквиваленту кванта младшего разряда кода грубого отсчета, угловая величина Е. каждого участка каждого I последующе го сектора равна угловому размеру с ; ступени предыдущего секW; тора, который равен e(;= --,„, радиальный размер ас ступени равен ас=

Rsdp.c 11ьн с — выходы коммутатора сое2 -1 динены с первыми входами аналого-цифровых преобразователей, вторые входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, выход старшего разряда формирователя кода точного отсчета соединен с первыми нходами формирователей согласующих сигналов, выходы которых соединены с третьими входами одноименных аналого-цифровых преобразователей, выходы каждого из которых соединены с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ одноименной пары, нторые входы которых соединейы с вторым входом одноименного формирователя согласующих сигналов, выход младше го разряда формиров ателя кода грубого отсчета соединен с вторым входом первого формирователя согласующих сигналов, второй нход каждого последующего формирователя согласующего сигналов соединен с выходом четного элемента ИСКДОЧАЮЩЕЕ ИЛИ предыдущей пары.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что дорожка грубого отсчета кодового диска

5

1О

50 выполнена со ступенчатым равномерно изменяющимся о 1 радиуса К „, внутренней до радиуса Reap с наружной границ дорожки грубого отсчета радиальным размером, причем угловой размер

360 каждой ступени равен сс = — — где

2" натуральное число, а радиальный

RHa .г -Вдн.г размер ступени равен а г ?к а угол между осями д?отоприемников грубого отсчета равен 360 с /(?" где 1 — число фотоприемников грубого отсчета.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем,что формирователь кода грубого отсчета содержит элемент ИСКЛЮЧАНЦЕЕ ИЛИ, два коммутатора, дна формирователя согласующих сигналов и два аналогоцифровых преобразователя, первые нходы которых являются информационными входами формирователя кода грубого отсчета, первые входы формиронателей согласующих сигналов объедииены и являются первым управляющим входом формирователя кода грубого отсчета, вторые входы аналого-цифровых преобразователей объединены и являются вторым управляющим входом формирователя кода грубого отсчета, ныходы формирователей согласующих сигналов соединены с третьими входами одноименных аналого-цифровых преобразователей, первый и второй выходы каждого из которых соединены с первым и вторым входами соотнетственно первого и второго коммутаторов, третьи выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соеJ динены с третьими входами соответственно второго и перного коммутатора и с вторыми входами соотнетствен" но второго и первого формирователей согласующих сигналов, выходы коммутаторов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧА)Х 1ЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом младшего разряда формирователя кода грубого отсчета, а первый выход первого аналого-цифроноro преобразователя и выход первого коммутатора являются остальными выходами формирователя кода грубого отсчета.

4. Преобразователь по пп. 1-3, отличающийся тем, что аналого-цифровой преобразователь содержит дешифратор, компараторы, сумма горы и резистивную матрицу, вход

Rglfr

4 мщхс-Луис Ас и а

ll l которой является вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с первыми входами сумматоров, вторые входы которых объединены и являются третьим входом аналого-цифрового преобразователя, выходы сумматоров соединены с пороговыми входами компараторов, информационные входы которых объединены и являются первым входом аналогоцифрового преобразователя, выходы компараторов соединены с входами дешифратора, выходы которого являются выходами аналого-цифрового преобразователя.

312735 12

5. Преобразователь по пп. 1-3, отлич ающийся тем, что формирователь согласующих сигналов содержит коммутатор, делитель напряжения и инвертор, вход которого является первым входом формирователя согласующих сигналов и соединен с пер" вым входом делителя напряжения, второй вход которого подключен к выходу

10 инвертора, выходы делителя напряжения. соединены с информационными входами коммутатора, управляющий вход которого является вторым входом, а выход — выходом формирователя согласующих сигналов.

l 3) 2735 и

Фиа Х

Составитель E.Áóäàðèíà

Редактор И.йулла Техред Л.Олейник Корректор М.Демчик

Закаэ 1979/56

Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4