Устройство для измерения угловых перемещений

 

Изобретение относится к контрольно - измерительной технике. Цель изобретения - повышение достоверности и информативности за счет обеспечения измерения угловых перемещений объекта из любого положения подвижного диска относительно неподвижного, регистрации изменения направления углового перемещения объекта и выдача суммарного угла поворота объекта как при его повороте в одном, так и в противоположных направлениях. Для достижения цели блок регистрации включает в себя три формирователя импульсов, девять логических схем И, пять логических схем ИЛИ, три логических схемы ИЛИ - НЕ, три линии задержки, последовательный сумматор и блок обнуления, а по периметру подвижного растрового диска, связанного с объектом нанесены три ряда штрихов, смещенные относительно друг друга в каждом ряду и в соседних рядах на 1/2 штрихового деления, что обеспечивает одновременную засветку двух фотоэлементов из трех размещенных на линии перпендикулярной оси вращения растрового диска и в радиальном направлении против своего ряда штрихов, выход каждого фотоэлемента соединен с одним из входов блока регистрации. Функциональная схема и логика его построения позволяют начинать измерения угловых перемещений объекта из любого исходного положения подвижного диска, регистрировать реверс его угловых перемещений и измерять суммарный угол его поворота. 4 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения угловых перемещений объектов.

Известны устройства для измерения величины и направления угловых перемещений объектов, содержащие осветительную систему, растровую систему, электрический тракт обработки входной информации и устройство согласования отсчетов. К недостаткам данных устройств следует отнести достаточную сложность конструкции, наличие ошибок в измерении угловых перемещений, обусловленных наличием эксцентриситетов растров.

Наиболее близким по техническому решению данной задачи является устройство для измерения угловых перемещений объектов, содержащее в своем составе два растровых диска, оптическую систему, фотоэлементы и блок регистрации. Недостатками данного устройства являются невозможность начала угловых измерений из любого положения подвижного диска относительно неподвижного диска, регистрации изменения направления углового перемещения в любой момент времени после начала вращения подвижного диска и выдачи суммарного угла поворота объекта при знакопеременном направлении поворота объекта.

Целью изобретения является повышение достоверности и информативности за счет обеспечения измерения угловых перемещений объекта из любого положения подвижного диска относительно неподвижного, регистрации изменения направления углового перемещения объекта и выдачи суммарного угла поворота объекта как при его повороте в одном, так и в противоположных направлениях.

Поставленная цель достигается тем, что блок регистрации включает в себя три формирователя импульсов, девять логических схем И, пять логических схем ИЛИ, три логических схемы ИЛИ-НЕ, три линии задержки, последовательный сумматор и блок обнуления, а по периметру подвижного растрового диска нанесены три ряда штрихов, смещенные относительно друг друга в каждом ряду и в соседних рядах на 1/2 штрихового деления, что обеспечивает одновременную засветку двух фотоэлементов из трех размещенных на линии перпендикулярной оси вращения растрового диска и в радиальном направлении против своего ряда штрихов, выход каждого фотоэлемента соединен со входом одного формирователя импульсов, а выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом первой и вторым входом третьей логических схем И, выход второго - со вторым входом первой и первым входом второй логических схем И, выход третьего - со вторым входом второй и первым входом третьей логических схем И, выход первой логической схемы И соединен с S-входом первого RS-триггера и вторым входом третьей логической схемы ИЛИ, выход второй логической схемы И - с S-входом второго RS-триггера и вторым входом первой логической схемы ИЛИ, выход третьей логической схемы И - с S-входом третьего RS-триггера и вторым входом второй логической схемы ИЛИ, первые входы каждой из трех логических схем ИЛИ соединены с выходом блока обнуления, а выход первой из них - соединен с R-входом первого, второй - с R-входом второго, третьей - с R-входом третьего RS-триггеров, прямой выход первого RS-триггера соединен с первым входом четвертой и вторым входом шестой логических схем И, а через первую линию задержки с первым входом седьмой логической схемы И, прямой выход второго RS-триггера - со вторым входом четвертой и первым входом пятой логических схем И, а через вторую линию задержки с первым входом восьмой логической схемы И, прямой выход третьего RS-триггера - со вторым входом пятой и первым входом шестой логических схем И, а через третью линию задержки с первым входом девятой логической схемы И, выход четвертой логической схемы И соединен с первым входом второй, вторым входом первой логических схем ИЛИ-НЕ и первым входом пятой логической схемы ИЛИ, выход пятой логической схемы И - с первым входом третьей, вторым входом второй логических схем ИЛИ-НЕ и третьим входом пятой логической схемы ИЛИ, выход шестой логической схемы И - с первым входом первой, вторым входом третьей логических схем ИЛИ-НЕ и вторым входом пятой логической схемы ИЛИ, выходы первой, второй и третьей логических схем ИЛИ-НЕ соединены, соответственно, со вторыми входами седьмой, восьмой и девятой логических схем И, а выходы последних, соответственно, соединены с первым, вторым и третьим входами четвертой логической схемы ИЛИ, выход которой связан с первым входом последовательного сумматора, а второй и третий его входы соединены с выходом пятой логической схемы ИЛИ и выходом блока обнуления.

На фиг.1 изображено взаимное расположение элементов устройства; на фиг. 2 - расположение растровых штрихов на растровом диске; на фиг.3 - функциональная схема устройства; на фиг.4 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство для измерения угловых перемещений объекта состоит из растрового диска 1, растровых штрихов 2, источника счета 3, конденсора 4, фотоэлементов 5, 6, 7 и блока регистрации 36.

Блок регистрации 36 включает в себя: формирователи импульсов 8, 9, 10, первую - 11, вторую - 12, третью - 13, четвертую - 21, пятую - 22, шестую - 23, седьмую - 30, восьмую - 31, девятую - 32 логические схемы И, первую - 17, вторую - 18, третью - 19, четвертую - 33, пятую - 34 логические схемы ИЛИ, триггеры 14, 15, 16, линии задержки 27, 28, 29, первую - 24, вторую - 25, третью - 26 логические схемы ИЛИ-НЕ, последовательный сумматор 35 и блок обнуления 20.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения угловых перемещений блок обнуления 20 производит обнуление RS-триггеров 14, 15, 16 и последовательного сумматора 35 путем подачи электрического сигнала на обнуляющий вход последовательного сумматора 35 и R-входы RS-триггеров 14, 15, 16 через логические схемы ИЛИ 17, 18, 19. В исходном состоянии растровый диск 1, жестко связанный с поворачивающимся объектом, может занимать любое положение относительно фотоэлементов 5, 6 и 7. Поэтому световой поток от источника света 3 будет попадать на любые два фотоэлемента из трех имеющихся в устройстве, потому как растровые штрихи 2 на диске 1 нанесены в виде трех концентрических окружностей (рядов) причем расстояние между растровыми штрихами 2 в каждом ряду равно половине ширины штриха и в соседних рядах штрихи смещены относительно друг друга также на половину ширины штриха. Предположим, что в начальный момент времени t_о световые лучи от источника света 3 через растровые штрихи 2 попали на светочувствительные площадки фотоэлементов 6 и 7. В результате этого на их выходах появляются электрические сигналы, которые поступают на формирователи импульсов 9 и 10, с выходов которых прямоугольные импульсы передаются на входы логических схем И 11, 12 и 13. При этом сигнал с выхода формирователя 9 поступает на второй вход первой схемы И 11 и первый вход второй схемы И 12, а с выхода формирователя импульсов 10 - на второй вход схемы И 12 и первый вход схемы И 13. В результате логическая схема И 12 пропускает электрический сигнал на S-вход RS-триггера 15 и он переходит в единичное состояние, а также через первую логическую схему ИЛИ 17 на R-вход RS-триггера 14, обнуляя его. Электрический сигнал в виде логической 1 поступит на второй вход логической схемы ИЛИ 21 и первый вход логической схемы И 22 и через линию задержки 28 на первый вход, логической схемы И 31, которая пропустит электрический импульс на второй вход логической схемы ИЛИ 33, так как на второй ее вход поступает электрический импульс в виде логической "1" с выхода логической схемы ИЛИ-НЕ 25. Электрический импульс через логическую схему ИЛИ 33 поступает на первый вход последовательного сумматора 35, где производится его подсчет.

При дальнейшем повороте объекта против хода часовой стрелки световой поток попадает на фотоэлементы 5 и 7. Электрические сигналы с выходов формирователей импульсов 8 и 10 поступают на входы логической схемы И 13, в результате чего сигнал с ее выхода поступает на второй вход логической схемы ИЛИ 18, обнуляя тем самым RS-триггер 15 и поступает на S-вход RS-триггера 16, который переходит в единичное состояние. Электрический сигнал с его выхода в виде логической "1" поступает на второй вход и первый вход логических схем И 22 и 23, соответственно, на других входах которых сигналы отсутствуют, и через линию задержки 29 на первый вход логической схемы И 32, на второй вход которой поступает сигнал в виде логической "1" с выхода логической схемы ИЛИ-НЕ 26. Электрический сигнал с выхода логической схемы И 32 через логическую схему ИЛИ 33 поступает опять на первый вход последовательного сумматора 35.

Таким образом, при дальнейшем повороте объекта против хода часовой стрелки электрические сигналы через логическую схему ИЛИ 33 будут поступать на первый вход последовательного сумматора 35.

Предположим, что в момент времени t₁ объект начал поворачиваться в противоположном направлении. В этот момент времени присутствует электрический сигнал на выходе RS-триггера 15. В момент времени t₂ световой поток попадает на фотоэлементы 5, 6, в результате чего появится электрический сигнал на выходе логической схемы И 11, который поступит на S-вход RS-триггера 14 и на его выходе появится электрический сигнал в виде логической "1". Этот сигнал поступает на первый вход логической схемы И 21, на втором входе которой имеется сигнал с выхода RS-триггера 15. В результате этого электрический сигнал с выхода логической схемы И 21 поступает на второй вход логической схемы ИЛИ-НЕ 24 и первый вход логической схемы ИЛИ-НЕ 25. Логические схемы 24 и 25 закрывают логические схемы И 30 и 31, исключая тем самым прохождение электрического сигнала через логическую схему ИЛИ 33 на первый вход сумматора 35. При этом линии задержки 27, 28 и 29 обеспечивают временную задержку прохождения импульсов на время, которое должно быть больше времени прохождения электрического сигнала через последовательно соединенные логические схемы 21 и 24, 22 и 25, 23 и 26, соответственно. В данном случае электрический сигнал в виде импульса через логическую схему ИЛИ 34 поступает на второй вход последовательного сумматора 35, где производится его вычитание из количества импульсов, поступивших на первый вход сумматора 35.

При дальнейшем повороте объекта в этом направлении переходит в единичное состояние RS-триггер 16 и одновременно обнуляется RS-триггер 15 и остается в единичном состоянии RS-триггер 14. Срабатывает логическая схема И 23 и электрический сигнал с ее выхода через логическую схему ИЛИ 34 опять поступает на второй вход сумматора 35.

На временной диаграмме (фиг.4) в момент времени t₃ объект изменил направление поворота и оно стало аналогичным первоначальному. В момент времени t₄ световой поток поступает на фотоэлементы 5 и 7, в результате чего появляется электрический сигнал на выходе логической схемы И 13. Этот сигнал обнуляет RS-триггер 15 и переводит в единичное состояние RS-триггер 16. Работа устройства аналогична работе устройства на первом этапе от момента времени t₀ до t₁.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами: обеспечивает начало измерения угловых перемещений из любого положения растрового диска, связанного с объектом поворота относительно фотоэлементов; регистрирует изменение направления поворота при повороте растрового диска на одно штриховое деление в противоположном направлении; обеспечивает повышение точности измерения суммарного угла поворота объекта при повороте его в противоположных направлениях.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ объектов, содержащее подвижный растровый диск с равномерно нанесенными штрихами, источник света и конденсор, находящиеся по одну сторону диска, фотоэлементы для измерения угловых перемещений, установленные по другую сторону диска, и блок регистрации, соединенный своими входами с выходами фотоэлементов, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности измерений и информативности, блок регистрации включает в себя три формирователя импульсов, девять логических схем И, пять логических схем ИЛИ, три логические схемы ИЛИ - НЕ, три линии задержки, последовательный сумматор и блок обнуления, а по периметру подвижного растрового диска нанесены три ряда штрихов, смещенные относительно друг друга в каждом ряду и в соседних рядах на 1/2 штрихового деления и обеспечивающие возможность одновременной засветки двух фотоэлементов из трех, размещенных на линии, перпендикулярной к оси вращения растрового диска, и в радиальном направлении против своего ряда штрихов, выход каждого фотоэлемента соединен с входом одного формирователя импульсов, а выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом первой и вторым входом третьей логических схем И, выход второго - с вторым входом первой и первым входом второй логических схем И, выход третьего - с вторым входом второй и первым входом третьей логических схем И, выход первой логической схемы И соединен с S-входом первого RS-триггера и вторым входом третьей логической схемы ИЛИ, выход второй логической схемы И - с S-входом второго RS-триггера и вторым входом первой логической схемы ИЛИ, выход третьей логической схемы И - с S-входом третьего RS-триггера и вторым входом второй логической схемы ИЛИ, первые входы каждой из трех логических схем ИЛИ соединены с выходом блока обнуления, а выход первой из них соединен с R-входом первого, второй - с R-входом второго, третий - с R-входом третьего RS-триггеров, прямой выход первого RS-триггера соединен с первым входом четвертой и вторым входом шестой логических схем И, а через первую линию задержки с первым входом седьмой логической схемы И, прямой выход второго RS-триггера - с вторым входом четвертой и первым входом пятой логических схем И, а через вторую линию задержки с первым входом восьмой логической схемы И, прямой выход третьего RS-триггера - с вторым входом пятой и первым входом шестой логических схем И, а через третью линию задержки с первым входом девятой логической схемы И, выход четвертой логической схемы И соединен с первым входом второй, вторым входом первой логических схем ИЛИ - НЕ и первым входом пятой логической схемы ИЛИ, выход пятой логической схемы И - с первым входом третьей, вторым входом второй логических схем ИЛИ - НЕ и третьим входом пятой логической схемы ИЛИ, выход шестой логической схемы И - с первым входом первой, вторым входом третьей логических схем ИЛИ - НЕ и вторым входом пятой логической схемы ИЛИ, выходы первой, второй и третьей логических схем ИЛИ - НЕ соединены соответственно с вторыми входами седьмой, восьмой и девятой логических схем И, а выходы последних соответственно соединены с первым, вторым и третьим входами четвертой логической схемы ИЛИ, выход которой связан с первым входом последовательного сумматора, а второй и третий его входы соединены с выходом пятой логической схемы ИЛИ и выходом блока обнуления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4