Преобразователь угла поворота вала в напряжение

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом является повышение помехозащищенности преобразователя. Устройство содержит датчик угла, три счетчика импульсов, два дешифратора, цифроаналоговый преобразователь, два элемента ИЛИ, триггер, элемент И. 3 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устройствам преобразования углового перемещения антенны РЛС.

Изобретение может быть использовано в радиолокации в системах преобразования азимутальной информации РЛС.

Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение согласно [1], состоящий из блока датчиков, линии связи, блока управления, блока шагового двигателя, повторителя вращения и сервоусилителя.

Недостатком преобразователя является его громоздкость и сложность из-за наличия электромеханических блоков, невысокие точность преобразователя и надежность (вследствие искажений при передаче информации по линии связи и наличия редуктора), а также невысокая помехозащищенность.

Известны преобразователи, выполненные в виде цифроаналоговых следящих систем, например по [2]. Эти преобразователи содержат блоки формирования кода, преобразователи код-аналог, усилители, двигатели, сельсины и вращающиеся трансформаторы обратной связи. Этим преобразователям присущи те же недостатки, что и указанные выше.

Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение по [3], содержащий датчик угла, механически связанный с валом антенны, счетчик импульсов, дешифратор, линию связи и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), вырабатывающий аналоговые сигналы для сопряжения с автоматизированными системами управления (АСУ) и другими системами РЛС. Недостатком таких преобразователей являются большие ошибки, возникающие в преобразователе из-за пропадания азимутальной информации в линии связи, а также большое числе связей.

Из известных преобразователей угла поворота вала в напряжение наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому и взятым за прототип является преобразователь угла поворота вала в напряжение, выполненный по [4], содержащий датчик угла, механически связанный с валом антенны, два счетчика импульсов, дешифратор, линию связи, схему ИЛИ, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Датчик угла преобразует угловое перемещение вала антенны в азимутальную информацию в форме двух последовательностей импульсов: 2ⁿ импульсов (унитарный код) и один импульс (сигнал "Север") за оборот вала антенны, которые поступают на первый счетчик импульсов, а также по линии связи передаются через последовательно соединенные второй счетчик импульсов и схему ИЛИ непосредственно на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Из этих импульсных последовательностей первый счетчик формирует сигналы для дешифратора. Дешифратор представляет собой логическую схему, определяющую по показанию двух старших разрядов первого счетчика перемещение вала антенны из одного квадранта в другой. С выхода дешифратора сигналы, соответствующие повороту вала антенны на 90° (импульс "Восток"), 180° (импульс "Юг"), 270° (импульс "Запад"), по линии связи передаются на ЦАП. ЦАП вырабатывает аналоговые сигналы для сопряжения с автоматизированными системами управления (АСУ) и другими системами РЛС.

Данный преобразователь имеет достаточно высокую точность, однако имеет большое число каналов в линии связи, как и в устройстве по [3].

Целью данного изобретения является упрощение преобразователя за счет уменьшения числа каналов в линии связи при одновременном повышении помехозащищенности за счет уменьшения влияния помех, возникающих в корректирующих каналах линии связи.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий датчик угла, вход которого механически связан с валом антенны, а первый и второй выходы соединены с первыми и вторыми входами первого счетчика импульсов, выход которого соединен с входом первого дешифратора, и линии связи, первый выход которой через последовательно соединенные второй счетчик импульсов и первый элемент ИЛИ соединен с первым входом ЦАП, выход которого является выходом преобразователя, второй вход ЦАП соединен со вторым выходом линии связи, при этом второй выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого служит для подключения к первому источнику опорных импульсов, введены вновь второй элемент ИЛИ, третий счетчик, второй дешифратор, триггер, элемент И, при этом три входа второго элемента ИЛИ соединены соответственно с тремя выходами первого дешифратора, а выход - с третьим входом линии связи, третий выход которой соединен с первым входом триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И, а второй вход триггера через второй дешифратор соединен с выходом третьего счетчика, первый вход которого соединен со вторым выходом линии связи, а второй вход - с выходом первого элемента ИЛИ, третий вход которой соединен с выходом элемента И, второй вход которой служит для подключения ко второму источнику опорных импульсов.

Как показал анализ известных технических решений, отсутствуют технические решения со сходными признаками, отличающими предлагаемое техническое решение от прототипа, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и графическими материалами.

На фиг.1 и 2 представлены структурные схемы, соответственно, предложенного преобразователя угла поворота вала в напряжение и прототипа, где обозначено:

1 - датчик угла, вход которого механически связан с валом антенны;

2 - первый счетчик импульсов;

3 - первый дешифратор;

4 - линия связи;

5 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

6 - второй счетчик импульсов, стрелкой обозначен вход для подключения первого источника опорных импульсов;

7 - первый элемент ИЛИ;

8 - второй элемент ИЛИ;

9 - третий счетчик импульсов;

10 - второй дешифратор;

11 - триггер;

12 - элемент И, стрелкой обозначен вход для подключения второго источника опорных импульсов.

На фиг.3 представлена структурная схема варианта ЦАП, где обозначено:

13 - счетчик импульсов;

14 - дешифратор;

15 - преобразователь код-напряжение (ПКН).

Предложенный преобразователь содержит датчик угла 1, счетчики импульсов 2, 6 и 9 дешифраторы 3, 10, линию связи 4, ЦАП 5, элемент ИЛИ 7, 8, триггер 11 и элемент И 12, причем первый и второй выходы датчика угла 1 соединены с первым и вторым входами линии связи 4 и счетчика 2, выход которого через дешифратор 3 соединен с первым, вторым, третьим входами элемента ИЛИ 8, выход которой соединен с третьим входом линии связи 4, первый выход которого через последовательно соединенные счетчик 6, второй вход которого служит для подключения к первому источнику опорных импульсов, и элемент 7 соединен с первыми входами ЦАП 5 и счетчика 9, вторые входы которых соединены со вторым выходом линии связи 4, третий выход которой соединен с первым входом триггера 11, второй вход которого соединен через дешифратор 10 с выходом счетчика 9, а выход триггера 11 соединен с первым входом элемента И 12, второй вход которой служит для подключения ко второму источнику опорных импульсов, а выход соединен с третьим входом элемента ИЛИ 7.

Счетчики импульсов 2, 6, 9 является двоичными и могут быть выполнены по схеме, приведенной в [5, стр.187, рис.3.1.29]. Дешифратор 3 представляет собой логическую схему, определяющую по показанию двух старших разрядов счетчика 2 перемещение вала антенны из одного квадранта круга в другой, и может быть выполнен аналогично схеме, приведенной в [5, стр.189, рис.3.1.49]. В качестве линии связи 4 можно использовать проводные линии, волоконно-оптические линии, радиолинии. Радиолиния связи обычно содержит передающую и приемную антенны, приемник и передатчик.

Элементы ИЛИ 7, 8 могут быть выполнены по схеме, приведенной в [5, стр.185, рис.3.1.6]. Дешифратор 10 может быть выполнен по схеме, приведенной в [5, стр.135, рис.3.1.49]. Триггер 11 может быть выполнен по схеме, приведенной в [5, стр.185, рис.3.1.14]. Элемент И 12 может быть выполнен по схеме, приведенной в [5, стр.186, рис.3.1.22]. Вариант структурной схемы ЦАП 5, приведенной на фиг.3, содержит последовательно соединенные счетчик 13, дешифратор 14 и преобразователь код-напряжение (ПКН) 15.

Счетчик 13 является двоичным, на первый вход которого поступает текущий унитарный код, а на второй вход поступает сигнал, соответствующий повороту вала антенны на 0° (импульс "Север"). Счетчик 13 может быть выполнен по схеме, приведенной в [5, стр.187, рис.3.1.29]. Дешифратор 14 является логической схемой, выполненной на микросхемах типа 133 ИД 3, и может быть реализован, например, по схеме, приведенной в [5, стр.187, рис.3.1.44]. ПКН 15 состоит из ключей, резисторов и усилителей, в качестве ПКН может быть использована схема, приведенная в [6, стр.30, фиг.4].

Преобразователь угла поворота вала в напряжение работает следующим образом.

При вращении вала антенны датчик угла 1 преобразует угловое перемещение вала в дискретную информацию, представляющую собой две последовательности азимутальных импульсов: унитарный код в виде 2 импульсов за каждый оборот вала антенны, где "2ⁿ" определяется заданной точностью преобразования, и один импульс (сигнал "Север"). Эти сигналы поступают на первый и второй входы линии связи 4 и счетчика 2. Счетчик 2 вырабатывает азимутальный двоичный код, который дешифратором 3 преобразуется в три последовательности "Восток", "Юг", "Запад", по одному импульсу за оборот вала антенны. Эти последовательности через элемент ИЛИ 8 поступают на третий вход линий связи 4.

Текущий унитарный код 2, поступающий с первого выхода линии связи 4 устанавливает в исходное состояние счетчик 6 и через схему ИЛИ 7 поступает на первые входы счетчика 9 и ЦАП 5, на вторые входы которых поступает сигнал "Север" со второго выхода линии связи 4. ЦАП 5 вырабатывает аналоговое напряжение. Счетчик 9 формирует параллельный двоичный код, который дешифратором 10 преобразуется в сигнал установки в исходное состояние триггера 11. Импульсы "Север", поступающие со второго выхода линии связи 4 на вторые входы счетчика 9 и ЦАП 5 производят их установку в исходное состояние один раз за оборот вала антенны. Импульсы, поступающие с третьего выхода линии связи 4, производят дополнительную коррекцию преобразования каждую следующую четверть оборота вала антенны.

На счетный вход счетчика 6 поступают опорные импульсы, частота которых f₀₁ выбирается согласно выражению:

где f_т - частота текущего унитарного кода, поступающего на установочный вход счетчика 6;

k - число разрядов счетчика 6,

m - коэффициент, определяемый требуемой точностью восстановления, принимает следующие значения:

1>m>0,5.

При пропадании текущего кода в линии связи 4 на выходе счетчика 6 формируется восстановленный текущий код и через элемент ИЛИ 7 поступает на счетный вход счетчика 9 и первый вход ЦАП 5, что позволяет уменьшить азимутальную ошибку, накапливаемую преобразователем за каждую четверть оборота вала антенны, то есть повысить точность преобразования.

Импульсы, поступающие с третьего выхода линии связи 4 на второй вход триггера 11, устанавливают на выходе триггера 11 сигнал, отпирающий элемент И 12 для прохождения через нее на третий вход элемент ИЛИ 7 дополнительных импульсов частотой от второго источника опорных импульсов (на фиг. не обозначен).

Счетчик 9 формирует азимутальный код из последовательного унитарного кода, поступающего с выхода элемента ИЛИ 7 и импульса "Север", поступающего со второго выхода линии связи 4. При поступлении корректирующего импульса с третьего выхода линии связи 4 последовательность импульсов частотой f ₀₂ будет поступать через элемент И 12 и элемент ИЛИ 7 на первые входы ЦАП 5 и счетчика 9 до тех пор, пока на всех разрядах счетчика 9 не установится код логического нуля. После установки на всех разрядах счетчика 9 кода логического нуля дешифратор 10 формирует на выходе сигнал, устанавливающий триггер 11 в состояние, запирающее схему И 12 для прохождения через нее сигналов от второго источника опорных импульсов.

Код, соответствующий повороту вала антенны на 90° (импульс "Восток"), 180° (импульс "Юг"), 270° (импульс "Запад"), отличается только значениями двух старших разрядов. Значения всех младших разрядов равны нулю, что и позволяет объединить сигналы "Восток", "Юг", "Запад" в один канал связи.

Требуемое число разрядов l счетчика 9 определяется согласно следующему выражению

где 2ⁿ - количество импульсов текущего унитарного кода, которое должно поступить с выхода линии связи 4;

P - вероятность прохождения азимутальной информации (текущего унитарного кода) через линию связи 4.

Частота f₀₂ опорных импульсов, поступающих на второй вход элемента И 12, определяется согласно следующему выражению

В результате, на счетный вход счетчика 9 и первый вход ЦАП 5 с выхода элемента ИЛИ 7 поступает унитарный код, образующийся из трех сигналов:

импульсов, поступающих с первого выхода линии связи 4;

импульсов, поступающих с выхода счетчика 6 при пропадании сигналов в линии связи 4;

импульсов, поступающих с выхода элемента И 12 при поступлении с третьего выхода линии связи 4 корректирующего сигнала при неравенстве кода на выходе счетчика 9 нулю, которое возникает из-за неполного восстановления текущего унитарного кода.

Число импульсов, поступающих с выхода элемента И 12 определяется ошибкой, накопленной преобразователем из-за пропадания информации в линии связи 4 к моменту поступления с третьего выхода линии связи 4 корректирующего сигнала.

При поступлении помехи с третьего выхода линии связи 4 наибольшая ошибка, внесенная помехой, не превысит величины δ, определяемой по следующей формуле

В формуле (4) величина δ определяется в градусах.

С целью уменьшения максимального значения ошибки δ целесообразно, с учетом выполнения выражения (2), выбирать возможно меньшее значение числа разрядов l.

Таким образом, введение в преобразователь угла поворота вала в напряжение элемента ИЛИ, счетчика импульсов, дешифратора, триггера, элемента И, по сравнению с прототипом, позволило упростить преобразователь за счет уменьшения числа каналов линии связи, а также повысить его помехозащищенность за счет уменьшения влияния помех, возникающих в канале корректирующих сигналов линии связи.

Например, в случае поступающего текущего унитарного кода 2 ⁿ, при n=9, P=0,96, f₀₁=500 Гц, f _т=50 Гц, K=4.

Требуемое число разрядов "l" счетчика 9 определяется

Выбирается 2^l=4, откуда l=2,

частота f₀₂ опорных сигналов определяется

2²·50=200 Гц.

Наибольшая величина ошибки, возникающей при поступлении помехи с выхода корректирующих сигналов "Восток", "Юг", "Запад" линии связи, не превысит величины δ

δ≤90°(2²-1)2^-7 =2,1°

Таким образом, предлагаемый преобразователь обладает сравнительной простотой за счет уменьшения каналов линии связи при значительно более высокой помехозащищенности, в нашем примере наибольшая ошибка, возникающая в преобразователе при поступлении помехи с выхода корректирующих сигналов линии связи, не превышает 2,1°, в прототипе в аналогичном случае ошибка может составить 180°.

Источники информации

1. Техническое описание радиолокационного комплекса изделия 5Н69 блок АЗМ-04, ЖГ 2,084,014.

2. Авторское свидетельство № 572774, кл. G 08 C 9/00, 1977.

3. Авторское свидетельство № 1840567, кл. G 08 C 9/00, 2007.

4. Авторское свидетельство № 1840505, кл. H 03 M 1/24, 2007, прототип.

5. Аналоговые и цифровые интегральные схемы, под ред. С.В.Якубовского, М.: Советское радио, 1979 г.

6. "Электроника" № 22, М.: МИР, 1970 г.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий датчик угла, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами первого счетчика, выход которого соединен со входом первого дешифратора, первый и второй выходы датчика угла соединены с соответствующими входами линии связи, первый выход которой соединен с первыми входами второго счетчика и первого элемента ИЛИ, второй вход второго счетчика является опорным входом, а выход соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности преобразователя, в него введены источник опорных импульсов, вторые дешифраторы и элемент ИЛИ, третий счетчик, триггер, элемент И, выходы первого дешифратора соединены со входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом линии связи, второй выход которой соединен с первым входом третьего счетчика и вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым входом третьего счетчика, выход которого соединен со входом второго дешифратора, выход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которого подключен к третьему выходу линии связи, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом источника опорных импульсов, а выход соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ.

РИСУНКИ