Датчик угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому

 

,ii) 438991

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

IN АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 11.12.64 (21) 937980/26-25 (51) М. Кл. G 06f 9/02

G 0lb 7/30

G 01b 11/26

В 61b 7/00 с присоединением заявок № 1029228/26-25, 1035926/26-25 (32) Приоритет

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Ао делам изаеретений и открытий

Опубликовано 05.08,74. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 24.01.75 (53) УДК 621.316.

544.4+625. .574 (088.8) (72) Автор изобретения

В. 3. Ягнятинский

ВПТб

@DDT NDDEPTDD (71) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВЕДУЩЕГО ВАЛА

ПО ОТНОШЕНИЮ К ВЕДОМОМУ

Изобретение относится к устройствам ввода программ в системах программного управления.

Известные датчики угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому, например, в синхронных передачах, в которых осуществляется фотоэлектрическая связь между валами, содержат элемент внешнего воздействия и неподвижно закрепленные фотоприемники лучистой энергии. Эти датчики не обеспечивают точного измерения угла поворота ведущего вала и надежной работы устройства для дискретной передачи вращательного движения.

В предложенном датчике указанные недостатки устранены благодаря тому, что элемент внешнего воздействия выполнен в виде одного или нескольких усточников лучистой энергии, например источника р-излучения или подсвечиваемого жгута световодов и жестко закреплен на ведущем валу эксцентрично относительно оси его вращения. Фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействия, например, на боковых поверхностях тороидов, в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.

На фиг. 1 показан датчик с шестью детекторами излучения, тремя усилителями и трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2— фатчик с источником Р-излучения и двумя щаговыми двигателями; а — выходные валы расположены параллельно; б — выходные ва5 лы расположены произвольно; на фпг. 3— расположение детекторов в пространстве: а — в параллельных плоскостях; o — па боковых поверхностях тороида с сечением в виде пятиугольника; на фиг. 4 — располохкение ис10 точников Р-излучения в параллельных плоскостях; на фиг. 5 — расположение источников

Р-излучения в одной плоскости; на фиг. 6— размещение световода и закрепление его на ведущем валу: а — при П-образном изгибе

15 световода; б — при Г-образном изгибе световода; на фиг. 7 — датчик со световодом, тремя приемниками, тремя усилителями и трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 8— датчик со световодом и двумя шаговыми дви2р гателями; на фиг. 9 — располсгкенпе «расщепленного» конца световода в пространстве при расположении фотодатчиков: а — по концентрическим окружностям; o — па бо.<овых поверхностях тороида с сечением в впдс пятиугольника; в — на боковых повсрхностях двух тороидов с сечениями в виде треугольников; на фиг. 10 — датчик со световодом и приводом от многофазного шагового двигателя: а — с одним «ламельным полем»; б — с не30 сколькими «ламельнымн полями».

438991

Ьо

В датчике, показанном на фиг. 1, источник

)1-излучения (например, па таллин TL- "", прометин Ргп" или стронции Яг ") рас!!оложен около оси ведущего вала ВВ илп закреплен на. Выступающ(й над п..м части. При

Вращс11ии Вала, пере 11сщаяс1> 110 01(ру>!(пост11, исто 1пик непрерывно испускает поток 11-лучей (электронов). В плоскости, параллсльноп плоскости перемещения источника излучения, IIQ окрун(ности, радиус которой равен pHccTQHHIIIQ источника QT Оси Вала, располон(ен1>1 минимум три детектора Д1 — Дз радиоактивного излучения (например, фотосопротпвления) трех радиоактивных реле 1PP — 3PP. К выходу каждого реле подключена обмотка трехфазного шагового двигателя. Когда источник находится против детектора, вк.поченная на выходе соответствующего радиоактивного реле обмотка шагового двигателя оказывается под

То!(OМ.

К B cI(д ы и H 1! I I bC TO K 3, II 0!i B é IO IIi:-; и с я H a

I;i!io

П вЂ” для обратного вращения.

Таким образом, порядок переключения обмоток, а следовательно и направление вращения шагового двигателя (ведомого вала) 011ределяется непосредственно направлением вращения ведущего вала без использования специальных схем выбора направления. Распределение импульсов по обмоткам двигателя осуществляется также самим входным валом без применения распределителей. При этом вра цательное движение всдо;1ому валу может быть передано под произвольны углом по отношению к ведущему валу (фиг. 2, б).

Для повышения гибкости передачи, т. е. изменения точности и передаточного числа, для вращения каждого трехфазного шагового двигателя используются три радиоактивных реле и Зп детекторов излучения (где n= 1, 2, 3... число, показывающее, во сколько раз число детекторов больше количества радиоактивных реле), причем детекторы каждого радиоактивного реле включаются параллельно и располагаются в порядке очередности радиоактивных реле (переключения обмоток двигателя). Так, если использовать шесть детекторов (фиг. 1), соединенных в три параллельные группы по два детектора в каждой, и расположить детекторы по окружности в порядке очередности радиоактивных реле (1РР—

2PP — 3PP), т. е. чтобы второй детектор Д1

Зо

45 первого реле был вкл1очен после первого детектора Дз третьего реле, второй детектор Q2 второго реле — после второго детектора 41 первого реле и т. д., то при использовании тех жс элементов (и того же двигателя) принцип ia;ii IIO можно увеличить в два раза число шагов ведомого вала, Это означает изменение передаточного числа 1 передачи, г од которым понимается число полных «оборотов» шагового двигателя п2, приходящееся на один оборот и, входно"o вала п1, т. е. i= — -.

П2

В общем случае передаточное число может меняться изменением шага шагового двигателя и числа детекторов (что вызывает изменение числа тактов переключения) с изменением диаметра окружности, на которой они расположены.

Использование в такой передаче шагового двигателя с малым шагом и с большим их числом повышает точность передачи движения, г1од которой понимается число шагов Ш шагового двигателя, приходящееся на один обоШ рот входного вала п1, т. е. 61 — — —, или число

П1 тактов Т переключения шагового двигателя, приходящееся на один оборот входного вала т п1, т. е. б = †. В частном случае Ш может

П1 быть равно Т, т. е. может иметь место равенСТВО 61=62.

Для электрически независимой передачи движения на b выходных валов, расположенных под произвольным углом к Входному валу и между собой (т. е. для подключения щаговых двигателей, цепи управления которых между собой электрически изолированы), используются 3b радиоактивных реле с числом детекторов излучения Д=36.n=3n b, где

В случае использования двух двигателей и трех детекторов для каждого из них (фиг.

2, a) последовательные перемещения источника вызывают трехтактное переключение обмоток ка кдого из двигателей. Детекторы обоих радиоактивных реле могут быть расположены при этом в одной плоскости (на одной плате) по Окружности со сдвигом в пространстве по ее дуге, а двигатели (фиг. 2, б) — произвольно в пространстве (по отношению к ведуще»у валу и друг другу).

Описываемый датчик позволяет осуществить, например, шеститактное переключение одного двигателя и трехтактное — другого, соответственно двенадцатикратное одного и девятикратное переключение другого двигателя и т. д., а также подобные переключения с тремя и более шаговыми двигателями с любыми требуемыми соотношениями тактов, кратными трем (при использовании трехфазных шаговых двигателей).

Датчик позволяет увеличить также число щаговых двигателей путем различного распо. ложения детекторов излучения.

438991

В простейшем варианте детекторы расположены в параллельных плоскостях так, чтобы источник излучения помещался между этими плоскостями (фиг. 3, a). Детекторы каждой плоскости имеют на выходе свой шаговьш двигатель.

В общем случае детекторы можно располагать на поверхностях тороида с произвольным сечением (например, в виде пятиугольника) так, чтобы источник р-излучения перeìåùàëся внутри этого тороида (фиг. 3, б). Детекторы радиоактивных реле, переключающих обмотки «своего» шагового двигателя (ШД:, Ш14, ШДз), рациональнее располагать на боковой поверхности усеченного конуса (цилиндра), соответствующего определенной стороне многоугольника в сечении тороида.

При необходимости число ведомых валов может быть увеличено в k раз, если использовать располагаемые на ведущем валу или

его выступах k (например, два — Ит и И ) источников р-излучения и перемещать их в разных плоскостях, соответственно которым располагать детекторы излучения (фиг. 4).

Число ведомых валов передачии может быть увеличено в k раз при использовании источников Р-излучения (на фиг. 5 Ит и И ), которые перемещаются в одной плоскости (или параллельных плоскостях) на разных расстояниях от оси входного вала, а детекторы любой группы из трех радиоактивных реле (соответствующие одному выходу) располагаются по определенной концентрической окруткности по отношению к детекторам других групп реле (других выходов).

В тех случаях, когда необязательно электрически изолировать выходы, можно к одному выходу подключать два или более шаговых двигателей, т. е. при произвольном числе

Зтт детекторов излучения и трех радиоактивных реле по-прежнему использовать b выходных валов. При необходимости может быть взят не источник радиоактивного излучения, а, например, постоянный магнит, который при перемещении импульсов изменяет индуктивное сопротивление индуктивных датчиков (используемых вместо детекторов излучения), воздействующих на преобразователи — усилители с такими же щаговыми двигателями на выходе.

Перспективны и варианты датчика с использованием в качестве элемента внешнего воздействия жгута светопроводящих волокон (световода), имеющие более высокое быстродействие. В этой конструкции в плоскости торцового сечения ведущего вала BB жестко укрепляется гибкий жгут С светопроводящих волокон (например, стеклянных). Один конец жгута размещается вдоль оси вращения вала

ВВ, причем положение его торца по отношению к неподвижному источнику света ИС не изменяется при вращении ВВ. Другой изогнутый конец ВК жгута располагается параллельно оси ведущего вала на определенном от нее расстоянии таким образом, что падающим

45 от ИС светом освещаются фотодатчики Ф, расположенные на равных расстояниях друг от друга по окружности, в плоскости, параллельной плоскости движения конца ВК жгута (фттг 5, тт. и О, фпт, !,1, тт).

Фотодатчики преобразуют непрерывное излучение источника света в последоьатслт.ность электрических и.,тп льсов, усиливаемых

pBpB;IëåëT ïûìII блоками усиления, íà вы;оде каждого из которых подключена обмотка многофазного шагового двигателя.

Когда конец ВК световода находи-ся против фотодатчика, сопротивление последнего

РЕЗКО ИЗХ1ЕНЯЕтСЯ, СКаЧКОМ;тЕНЯЕтСЯ ВСЛПЧ. TI3 тока, что приводит к подаче сигнала на вход усилителя, протекантпо тока по соотвстстгующсй оомотке ш",гового двигателя и vep= .TeII!åнию ротора шагового двигателя на од:тн шаг.

В датчике со световодом могут быть использованы два шаговых двигателя, шесть усилителей (два усилительных звена передачи 731 и УЗ ) с двенадцатью фотодатчттка!111 (Аттг. Я) и т. д. Увеличение числа шаговтях двигателе;"т достигается располо>кениетт фотодат .ттков по окружностям равного диаметра (ф..г. 0, 6) или концентрическим окру1т ностя т (ттолт цсвы,l повсрхностя л) так, чтобы «расшеп;тонный» конец ВК световода помещался .лсжду этими Окр"лкностями, с уГлом те>1 Tv «т)аспlепленньтт и» частя .ли 180 (фиг. 9, a). На вы оде каждого фотодатчика имеется шаговый двигатель.

В общем случае фотодатчики тогут б;-тть расположены на поверхностях тороттда с сечение 1 в виде произвольного многоуго, ьпика (на фиг. 9, б — пятиугольника) так, чтобы теткДУ ЭТИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ПО.ЛЕЩаЛСЯ «РаСтттеПленный» конец жгута светопровочящпх Голокон (световода), торцовые плоскости которт,тх

ОРИЕНтИРОВаНЫ ПаРаЛЛЕЛЬНО ЧУВСтттте,т.:ттой поверхности фотодатчиков.

ЧИСЛО ВЫХОДОВ КОНСтруктИВПО у.- обтт т yT:;личивается при исполт.зовании жгута чз воЛОКОН РаЗНОй ДЛИНЫ, таК КаК С ПОМО. т.-;О ПЗОГнутоГО конца ка>едого Волокна TlpTI вра тисни>1 жгута (световода) освещаются фотодчт:тпкн одной группы элементов, соответствуютцсй определенному выходу.

Наибольшее число выходов получатот, если фотодатчики располагаются на поверхностях двух (или более) тороидов, с сечением в виде произвольного многоугольника, так чтобы в

КажДОМ тОРОИДЕ МЕЖДУ Этн.ЛИ ПОВЕРХЦОСтЯт,ln помещалась часть «расщепленного» конца В.тх жгута стеклянных волокон разной длины, торцовые плоскости которых ориентированы параллельно чувствительной поверхности фотодатчиков (фиг. 9, в). Последние снабжены оптп-тескимп объектттвами (лпнзамн) . обеспечивающими максимальную освещенность на минимальных участках чувствительной поверхности фотодатчиков для надежной их реакции на свет, падающий на них ат световода С, Объективы могут быть расположены на тор43899) т }—

Фиг 2 цах изогнутых частей волокон световода (у конца BE), а не на фотодатчиках.

Предмет изобретения

Датчик угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому, например, в синхронных передачах, основанный на использовании фотоэлектрической связи между валами, содержащий элемент внешнего воздействия и неподвижно закрепленные фотоприемники лучистой энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, элемент внешнего воздействия выполнен в виде одного или нескольких источников лучистой энергии, например источника р-излучения или подсвечиваемого жгута световодов, жестко закреплен на ведущем валу, эксцентрично относительно оси его вращения, а фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействия, например, на боковых поверхностях тороидов, в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.

438991

Фиг

Составитель И. Трофимова

Техред Т. Курилко

Редактор Т. Орловская

Корректор В. Кочкарева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3662!12 Изд. № 146 Тираж 624 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д. 4/5