ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД
SHAFT POSITION TRANSDUCER

Изобретение относится к области автоматического контроля и преобразования перемещений в код, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.
Известны преобразователи угла поворота вала в код (Зверев А.Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. М.: Энергия, 1974 с. 138), содержащие фазовращатель, выполненный на базе синусно-косинусного вращающегося трансформатора, входные обмотки которого подключены к формирователю синусного и косинусного напряжений, а выходная обмотка через усилитель подключена к фазочувствительному выпрямителю, генератор импульсов, подключенный к одним входам сумматора и вычитателя, к другим входам которых подключен выход фазочувствительного выпрямителя и реверсивный счетчик, подключенный к выходам сумматора и вычитателя. Недостаток данного преобразователя состоит в необходимости питания статорных обмоток СКВТ от преобразователя кода в напряжение с достаточно мощным выходом.
Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код по RU2005133294A, 2007.05.10, МПК: Н03М 1/50, содержащий источник квадратурных напряжений, выходы которого подключены к первому и второму входам фазовращателя, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к сигнальным входам первого, третьего, пятого и седьмого ключей, выходы которых соединены между собой и подключены к первому входу формирователя импульсов, сигнальные входы четвертого и шестого ключей соединены с общей шиной, сигнальные входы второго и восьмого ключей подключены к выходу первого амплитудного детектора, первый вход которого подключен к точке соединения одного из концов первичной обмотки фазовращателя с измерительным резистором, второй вход подключен к выходу второго детектора, вход которого подключен к выходу делителя, вход которого подключен к первому выходу источника квадратурных напряжений, выходы второго, четвертого, шестого и восьмого ключей соединены между собой и подключены ко второму входу формирователя импульсов, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с управляющими входами третьего и четвертого, первого и второго, седьмого и восьмого, пятого и шестого ключей, третий и пятый выходы блока управления подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов И, пятый выход блока управления соединен с входом сброса счетчика и с входом синхронизации регистра. Выход генератора импульсов высокой частоты соединен с первыми входами элементов И, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам счетчика. Этот преобразователь выбран в качестве прототипа.
Недостатком этого преобразователя является погрешность схемы преобразователя угла поворота вала в код, обусловленная неравенством выходных напряжений источника квадратурных напряжений.
Цель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворота вала в код и снижение требований к параметрам источника квадратурных напряжений за счет компенсации погрешности, обусловленной неравенством выходных напряжений источника квадратурных напряжений.
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник квадратурных напряжений, выходы которого подключены к первому и второму входам фазовращателя, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к сигнальным входам первого, третьего, пятого и седьмого ключей, выходы которых соединены между собой и подключены к первому входу формирователя импульсов, сигнальные входы четвертого и шестого ключей соединены с общей шиной, сигнальные входы второго и седьмого ключей подключены к выходу первого амплитудного детектора, первый вход которого подключен к точке соединения одного из концов первичной обмотки фазовращателя с измерительным резистором, второй вход подключен к выходу второго детектора, вход которого подключен к выходу делителя, вход которого подключен к первому выходу источника квадратурных напряжений, выходы второго, четвертого, шестого и восьмого ключей соединены между собой и подключены ко второму входу формирователя импульсов, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с управляющими входам и третьего и четвертого, первого и второго, седьмого и восьмого, пятого и шестого ключей, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов И, пятый выход блока управления соединен с входом сброса счетчика, выход которого соединен с первыми входами элементов И, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам счетчика, введена схема компенсации разности выходных напряжений квадратурного источника питания, один вход которой соединен с первым выходом источника квадратурных напряжений, второй вход соединен с вторым выходом источника квадратурных напряжений, выход схемы компенсации разности выходных напряжений квадратурного источника питания подключен к третьему входу первого амплитудного детектора.
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код, на фиг.2 - принципиальная схема компенсации.
Преобразователь угла поворота вала в код содержит источник 1 квадратурных напряжений, фазовращатель 2, первый амплитудный детектор 3, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой ключи 4-11, формирователь 12 импульсов, блок 13 управления, генератор 14 импульсов высокой частоты, первый и второй элементы И 15 и 16, счетчик 17, регистр 18, измерительные резисторы 19 и 20, делитель 21 напряжения, второй амплитудный детектор 22, схему компенсации 23 разности выходных напряжений квадратурного источника питания.
Устройство работает следующим образом.
SIN(ωt)
От источника 1 питания на входы фазовращателя 2 подаются квадратурные напряжения. На выходах фазовращателя 2 появляются квадратурные напряжения, сдвинутые относительно напряжений на измерительном резисторе 19 на угол поворота вала фазовращателя 2. Напряжения с измерительных резисторов 19, 20 и выходных обмоток фазовращателя 2 подаются на ключи 4, 6, 8 и 10. Уровни напряжений, с которыми сравниваются напряжения, подаваемые с измерительных резисторов 19, 20 и с выходных обмоток фазовращателя 2, подаются на ключи 5, 7, 9 и 11. На сигнальные входы ключей 5 и 11 подается напряжение с выхода первого амплитудного детектора 3. На сигнальные входы ключей 7 и 9 подаются нулевые уровни напряжений. На первый вход амплитудного детектора 3 подается синусоидальное напряжение с измерительного резистора 19. На второй вход амплитудного детектора 3 подается напряжение с выхода второго амплитудного детектора 22. На третий вход амплитудного детектора 3 подается напряжение с выхода схемы компенсации 23. На вход второго амплитудного детектора 22 подается синусоидальное напряжение с выхода делителя 21. На первый вход схемы компенсации 23 подается напряжение с первого выхода источник 1 питания U, на второй вход подается напряжение со второго выхода источника 1 питания
COS(ωt)
U. Выходы ключей 4, 6, 8 и 10 подключены к первому входу формирователя импульсов, а выходы ключей 5, 7, 9 и 11 подключены ко второму входу формирователя 12. Блок 13 управления попарно открывает ключ 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11.
Преобразователь угла поворота вала в код выполнен по схеме прямого измерения фазы с одним пороговым элементом - формирователем 12 импульсов, на вход которого поочередно с помощью ключей 4-11 подаются входные и выходные синусоидальные сигналы с обмоток фазовращателя 2.
Процесс преобразования угла поворота вала в код заключается в том, что формирователь 12 импульсов вырабатывает короткие импульсы при переходе синусоидального сигнала на его входе из положительного значения в отрицательное через нулевое значение. По фронту этого импульса переключается блок 13 управления, управляющий ключами 4-11. На первом, втором, шестом и седьмом выходах блока 13 управления формируется последовательность импульсов управления ключами 4-11. Счетчик 17 переключается по каждому импульсу напряжения генератора 14 импульсов высокой частоты. Модуль счета счетчика 17 при наличии сигнала на третьем выходе блока 13 управления равен 2, а при наличии сигнала на четвертом выходе блока 13 управления модуль счета равен 4. По окончании цикла на пятом выходе блока 13 управления вырабатывается импульс, по фронту которого происходит запись кода счетчика 17 в регистр 18, а спаду - установка счетчика 17 в исходное состояние.
При повороте вала изменяются фазовые соотношения между опорными (входным) и сигнальными (выходными) напряжениями фазовращателя 2, а значит, изменяется момент перехода напряжений фазовращателя 2 через нулевой уровень напряжения, подаваемого на второй вход формирователя 12 импульсов. Временные интервалы между импульсами на выходе формирователя 12 импульсов будут изменяться в соответствии с изменением фазовых соотношений напряжений фазовращателя 2. При изменении временных интервалов между импульсами на выходе формирователя 12 импульсов код на выходе счетчика 17 и на выходе регистра 18 будет меняться пропорционально углу поворота вала.