RU1772629C - Устройство дл измерени угла поворота вала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  высокоточного измерени  углов поворота. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений, устройство , позвол ющее за один оборот рабочей меры производить любое количество измерений и их осреднением получать более точное значение угла. Устройство содержит рабочую меру 1, имеющую радиальные метки 2, приводной двигатель 3, осветитель 4, кварцевый генератор 17, два импульсных датчика 6,7, выходы которых св заны с входами амплитудных дискриминаторов 10. С целью повышени  точности измерений угла поворота на рабочей мере 1 нанесены N2 радиальных меток 2, кажда  из которых представл ет собой п чередующихс  светлых и темных участков, импульсные датчики неподвижный 6 и подвижный 7. св занный с объектом, положение которого измер етс , выполнены состо щими из п фотоприемников 9, расположенных по радиусу рабочей меры 1, выходы фотоприемников подключены ко входам амплитудных дискриминаторов 10, выходы дискриминаторов - к входам двух дешифраторов 11,12, выходы которых подключены к управл ющим входам двух блоков счетчиков 13,14, каждый из которых состоит из N счетчиков, счетные входы которых подключены к генератору 17, а выходы - к входам двух коммутаторов 15, 16, выходы которых соединены с входами двух регистров 18,19, выходы которых подключены к функциональному преобразователю 20, осуществл ющему деление показаний регистров 18, 19 и осреднение по N измерени м . 1 ил. ч ч IS VI VI ГО О- К) Ч)

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть ис- по ьзовано дл  контрол  параметров движени , в частности дл  высокоточного измерени  углов поворота.

Известны устройства, использующие дл  измерений угла последовательность импульсов , определ ющие угол через врем  (хронометрические системы) или частоту.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство, содержащее корпус, модул тор , привод, импульсные датчики, шкалу в виде n-штрихового растра, поворотную втулку, вал, шкалу в виде z-штрихового растра , штрих, соответствующий начальному отсчету шкал, амплитудный дискриминатор, подключенный к импульсным датчикам, коммутатор, блок измерени  временного интервала, блок усреднени , блок вычислени , регистратор, блок синхронизации и диск. Это устройство работает следующим образом. Модул тор, вращаемый приводом с посто нной скоростью, своими растровыми п- и z-шкалами возбуждает импульсы тока на выходе двух, неподвижных и двух подвижных, св занных с валом, датчиков. Импульсы от шкал за исключением тех, которые возбуждаютс  маркированным штрихом , одинаковы по своим параметрам. За один оборот модул тора возникают четыре маркированных импульса, соответствующие маркированному штриху. Основным режимом работы  вл етс  измерение угла поворота с помощью ft-шкалы и сопр женных с ней одного подвижного и одного неподвижного датчиков. Импульсы с датчиков поступают на вход коммутатора, который подключен к амплитудному дискриминатору . Последний выдает на блок измерени  два потока импульсов: первый содержит все импульсы без исключени , а второй только маркированные импульсы, блок производит измерени  временных интервалов между двум  соседними импульсами поочередно поступающими с подвижного и неподвижного датчиков, а также определ ет число m путем подсчета числа импульсов, поступающих с одного из датчиков на интервале времени между двум  последовательными маркированными импульсами. Блок усреднени  выполн ет операцию по формуле

Т,(„)

Ti,

I 1

где TI - временные интервалы между импульсами , поочередно поступающими с подвижного и неподвижного датчиков и выдает результат на вход блока вычислени ,

на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий значению т. В этом блоке искомый угол поворота определ етс  по формуле

)-т+К-Т|(п),

где #о(п) - угол, соответствующий величине периода о - шкалы (афг360/п); m - число

углов Оф), укладывающихс  в измер емом угле; Т|(П) - среднее арифметическое из п последовательных временных интервалов TI между импульсами, поочередно поступающими с подвижного и неподвижного датчиков; К - коэффициент преобразовани  ед.уг а/ед.времени.

В случае, когда измер емый угол попадает в окрестность значений, кратных величине периода n-шкалы и возникает

опасность сбо , штрих на растровой шкале занимает такое положение, при котором срабатывает п тый датчик и коммутатор переключает входы амплитудного дискриминатора на другие подвижный и неподвижный датчики, работающие с z-шка- лой и измерени  происход т аналогично первому случаю.

Недостатком этого устройства  вл етс  недостаточна  точность измерени , обуслоаленна  нестабильностью мгновенной скорости вращени  рабочей меры, котора  может колебатьс  в пределах одного оборота относительно средней скорости (так называемые качани  ротора двигател ), т.е.

. коэффициент К в формуле мен етс  и это

изменение не учитываетс .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений угла поворота.

Это достигаетс  тем, что устройство, содержащее рабочую меру в виде цилиндра с кодовой дорожкой, привод, осветитель, неподвижный и подвижный импульсный датчик , св зываемый с объектом, кварцевый генератор, б ок амп мтудного дискриминирсизан   и регистр, снабжено вторым бло- ком амплитудного дмскриминировани  и вторым регистром, двум  дешифраторами и функциональным преобразователем угла поворота, кодова  дорожка рабочей меры

нанесена на основани  цилиндра и выпол- нена в виде N меток, кажда  из которых представл ет собой N чередующихс  светлых и темных участков, импульсные датчики выполнены из N фотоприемников, расположенных вдоль радиусов оснований рабочей меры, выходы датчиков подключены к входам блоков амплитудного дискриминирова- ни , выполненных с N входами и выходами, выходы которых подключены к входам соответствующих дешифраторов, выходы кото

рых подключены к управл ющим входам соответствующих блоков счетчиков, каждый из которых состоит из N2 счетчиков, счетные входы которых подключены к генератору, а выходы - к входам соответствующих регистров , выходы которых подключены к функциональному преобразователю.

Чередование светлых и темных участков идентифицирует каждую метку, представл   ее код. При вращении рабочей меры каждый из отрезков метки проходит под своим фотоприемником и наводит в нем импульсы , амплитуды которых соответствуют светлым и темным участкам метки. Выходы каждого импульсного датчика соединены с блоками амплитудного диекриминирова- ни , представл ющим особой блоки из амплитудных дискриминаторов, на выходе которых по вл ютс  напр жени  логических 0 и 1 при проходе соответственно светлых и темных участков метки. Дешифратор неподвижного импульсного датчика при проходе под ним метки выдает сигнал Начало счета в зависимости от комбинации нулей и единиц на входе на определенные два из 2 N счетчиков, один из которых подсчитывает количество импульсов кварцевого генератора между приходами на него импульсов, соответствующих прохождению данной метки под неподвижным датчиком. Второй счетчик считает до тех пор, пока на него не поступит импульс конец счета со второго дешифратора, соответствующий прохождению данной метки под подвижным датчиком. Име  число импульсов, соответствующее времени между прохождением конкретной метки подвижного и неподвижного датчиков, делением показаний второго счетчика на показани  первого определ ют угол поворота вала, например, как

а N2 360/Ni.

Каждой конкретной метке на рабочей мере соответствует сво  пара из 2 -N счетчиков. А так как наличие N фотоприемников в датчике позвол ет различать на рабочей мере N меток, то и частота обновлени  информации о измер емом угле будет равна

F tsr ft).

частота вращени  рабочей меры.

На чертеже представлена структурна  схема предлагаемого устройства с четырьм  фотоприемниками в каждом импульсном датчике , где 1 - рабоча  мера; 2 - радиальные метки; 3 - привод: 4 - осветитель; 5 - корпус; 6 - неподвижный импульсный датчик; 7- подвижный импульсный датчик; 8 - вал; 9 - фотоприемники; 10 - амплитудные дискриминаторы, в совокупности, представл ющие собой блоки амплитудного дискриминирована; 11 - дешифратор неподвижного датчика; 12 - дешифратор подвижного датчика; 13,14 - блоки счетчиков; 15,16-коммутаторы; 17-кварцевый генератор; 18, 19 - регистры; 20 - функцио0 нальный преобразователь.

Устройство состоит из рабочей меры 1, выполненной в виде плоского цилиндра из прозрачного материала, на основани х которого симметрично относительно попереч5 ной плоскости симметрии нанесены по N2 радиальных меток 2, кажда  из которых представл ет собой чередование светлых и темных участков в радиальном направлении; привода 3, обеспечивающего враще0 ние рабочей меры; осветител  (лампы накаливани  или светодиода) 4, расположенного на неподвижном корпусе 5, и освещающего боковую прозрачную поверхность рабочей меры; импульсного датчика 6, рас5 положенного на корпусе; подвижного импульсного датчика 7, св занного с валом 8, угловое положение которого измер етс  относительно неподвижной части.

Каждый из датчиков 6, 7 состоит из N

0 фотоприемников 9, расположенных по обоим сторонам рабочей меры радиально на рассто ни х от ее оси вращени , соответствующих радиусам чередующихс  участков меток; 2 N амплитудных дискриминаторов

5 10, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками, выходы - с двум  дешифраторами 11, 12, выходы дешифратора неподвижного датчика соединены с управл ющими входами блока счет0 чиков 13, 14. Выходы дешифратора подвижного датчика соединены с управл ющими входами блока счетчиков 14. Каждый из блоков счетчиков 13, 14 состоит из N2 счетчиков, счетные входы которых соедине5 ны с кварцевым генератором 17, выходы блоков счетчиков 13, 14 соединены с входами коммутаторов 15,16, выходы которых соединены со входами регистров 18, 19, выходы регистров соединены с входами

0 функционального преобразовател  20, осуществл ющего вычисление угла, и осреднение измерений сделанных за один или несколько оборотов рабочей меры.

Устройство работает следующим обра5 зом. В процессе работы кварцевый генератор 17 посто нно создает сигнал стабильной высокой частоты. При вращении рабочей меры 1 с посто нной угловой скоростью кажда  из радиальных меток 2, проход  под неподвижным импульсным датчиком

6, св занным с нулевым направлением, создает на выходах его N фотоприемников 9 импульсы различной амплитуды, импульсы с выходов фотоприемников 9 поступают на входы N амплитудных дискриминаторов 10, которые став т в соответствие импульсам на входе импульсы, соответствующие логическим 0 или 1 в зависимости от того какой отрезок метки, светлый или темный проходит под фотоприемником, комбинаци  0 и 1 на входах блока амплитудного дискримини- ровани  образует код, соответствующий прохождению конкретной метки.

Этот код поступает на дешифратор 11, который в зависимости от кода запускает одну из пар счетчиков блоков 13,14, работающих с дайной меткой, счетчик блока 13 подсчитывает количество импульсов выдаваемых кварцевым генератором между двум  проходами данной метки под импульсным датчиком 6, счетчик блока 14 подсчитывает количество импульсов до момента прохождени  данной метки под подвижным импульсным датчиком 7, который через свой дешифратора 12 выдает в этот момент сигнал Конец счета на счетчик блока 14, значени  пары счетчиков блоков 13, 14 после прохода второго импульса на счетчик блока 13 направл ютс  коммутаторами 15,16 в регистры 18, W, значени  количества импульсов из регистров 18,19 поступают в функциональный преобразователь 20, осуществл ющий вычисление угла поворота, например, по приведенной выше формуле и производ щий операцию осреднени  по результатам N измерений за один оборот или за несколько оборотов. Измеренные значени  угла могут поступать и сразу к пользователю с частотой , точность измерени  повышаетс  за счет делени  показаний счетчиков блока 14 «а показани  счетчиков блока 13, т.е. благодар  посто нному измерению средней угловой скорости рабочей меры за один оборот, дл  уменьшени  погрешностей св занных с нестабильностью скорости вращени  рабочей меры внутри одного оборота N2 измеренных за один оборот значений угла подаютс  в блок осреднени , выполненный, например, в виде счетчика, с помощью этого осуществл етс  осреднение по N измерени м.

Преимуществом предлагаемого устройства  вл етс  повышенна  точность измерени  угла, полученна  за счет уменьшени  ошибок измерени , св занных с колебанием угловой скорости вращени  рабочей меры в пределах одного оборота, путем

осреднени  по N получаемым измеренным значени м за один оборот. Точность устройства ограничиваетс  только габаритами необходимыми дл  размещени 

большего количества фотоприемников в каждом датчике и быстродействием элементной базы.

Устройство не требует применени  точных технологий дл  изготовлени  рабочей

меры.

Предлагаемое устройство позвол ет повысить частоту обновлени  информации об измер емом угле в Мг раз и, следовательно, уменьшить динамическую ошибку измерени .

Экономический эффект образуетс  за счет повышени  точности измерени , отсутстви  точных технологий при производстве датчика, низкой (в дес тки раз) его цены, по

сравнению с кодовыми датчиками, например , типа Мхитар, Тозр и подобными другими при той же точности измерени .

25

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  угла поворота вала, содержащее рабочую меру в виде цилиндра с кодовой дорожкой, привод, осветитель , неподвижный импульсный датчик,

   подвижный импульсный датчик, св зываемый с обьектом, кварцевый генератор, блок амплитудного дискриминировани  и регистр , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , оно снабжено вторым блоком амплитудного дискриминировани  и вторым регистром, двум  дешифраторами и функциональным преобразователем угла поворота, кодова  дорожка рабочей меры нанесена на основани 

   цилиндра и выполнена в виде N2 меток, кажда  из которых представл ет собой Ы чередующихс  светлых и темных участков импульсные датчики выполнены из N фотоприемников , расположенных вдоль радиусов оснований рабочей меры, выходы датчиков подключены к входам блоков амплитудного дискриминировани , выполненных с N входами и выходами, выходы которых подключены к входам соответствующих дешифраторов, выходы которых подключены к управл ющим входам соответствующих блоков счетчиков, каждый из которых состоит из N2 счетчиков, счетные входы которых подключены к генератору, а

   выходы - к входам соответствующих регистров , выходы которых подключены к функциональному преобразователю.