ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД ДВУХОТСЧЕТНОГО СКТ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ ЧИСЛОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕДУКЦИИ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в прецизионных системах измерения утла на основе двухотсчетных индуктивных датчиков синусно-косинусных трансформаторов (СКТ) грубого и точного каналов с произвольным числом электрической редукции.
Известны одноканальные преобразователи сигналов датчика в цифровой код [Патент №2286012 МПК H03M 1/64 РФ «Преобразователь угла поворота вала в код»; Чернышев Д.А.], также преобразователи реализованные в виде микросхем, например AD2S83, AD2S1210 и др.
Известны также двухканальные преобразователи угла двухотсчетных СКТ, число электрической редукции грубого отсчета которых не превышает 1 [Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие/ В.Г. Домрачев, В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов. - М.: Энерго-атомоиздат, 1987. - 392 с.: ил.]. Недостатком таких преобразователей является отсутствие возможности использования датчика угла с числом электрической редукции грубого отсчета большим, чем единица.
Для повышения точности и разрешающей способности в технике применяются также датчики угла с числом электрической редукции грубого отсчета, отличным от 1 (например 3:16, 3:32, 3:64 и др.). Каждый канал такого датчика не имеет однозначной связи его сигналов с угловым положением вала φ, поэтому для определения последнего необходимо применять специальный алгоритм вычисления.
Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение точности преобразования угла поворота вала в код.
Устройство, реализующее ангалого-цифровое преобразование угла представлена на фиг. 1. Оно содержит двухотсчетный датчик СКТ с грубым и точным каналами 1, 2, масштабные усилители 3, 5, генератор опорного напряжения 4, аналого-цифровые преобразователи угла 6, 7, микроконтроллер 8, который вычисляет код углового положения вала датчика Nφ.
Двухканальный преобразователь угла поворота вала в код двухотсчетного синусно-косинусного трансформатора с произвольным числом электрической редукции, содержащий генератор опорного напряжения 4, выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя утла первого и второго канала 6, 7, обмоткам возбуждения грубого и точного отсчетов датчика угла 1, 2, выходы которого подключены к входам масштабного усилителя первого и второго канала 3, 5 соответственно, выходы которых подключены к входам аналого-цифрового преобразователя угла первого и второго канала 6, 7 соответственно, для сведения двух каналов и вычисления итогового кода угла поворота вала используется микроконтроллер 8, на входные порты которого подаются шины данных выходного кода аналого-цифрового преобразователя угла первого и второго канала 6, 7.
Устройство работает следующим образом.
Для работы датчика угла на его обмотки возбуждения грубого и точного каналов 1, 2 подается с выхода генератора опорного напряжения 4 напряжение равное
ОП
0
0
U=U·Sinωt,
0
где ω - частота возбуждения датчика;
0
U - амплитуда опорного напряжения.
1
2
3
4
5
6
7
8
Грубый и точный каналы датчика угла 1, 2 вырабатывают модулированные синусоидальные сигналы, U, U, U, U, которые доводятся до необходимой амплитуды с помощью масштабных усилителей 3, 5 U, U, U, U.
Г
Т
оп
Г
Т
Далее аналоговые сигналы соответственно поступают на аналого-цифровые преобразователи угла 6, 7, преобразующие их в цифровые параллельные коды углов грубого N и точного N каналов. Синхронизация работы аналого-цифровых преобразователей угла 6, 7 и двух каналов датчика угла 1, 2 происходит по сигналу U. Цифровые коды N и N приходят на микроконтроллер 8, который, в свою очередь, по специальному алгоритму (фиг. 2) высчитывает код угла Nφ поворота вала. Для изменения числа электрической редукции микроконтроллер может быть перепрограммирован с помощью программатора 9.
Вычислять угловое положение вала φ предлагается с помощью формулы
Г
Т
где φ, φ - угол грубого и точного отсчета;
Г
T
k, k - число электрической редукции грубого и точного отсчета датчика;
Δφ - угол расхождения между грубым и точным каналами.
Т
Г
Вычисление начинается с проверки условия формулы (1) при значениях i и n, равных единице. Затем оно проверяется при последовательном увеличении n на единицу до n=k. Если условие не выполняется, то последовательно на единицу увеличивается значение i до i=k-1 и процедура перебора n повторяется.
При выполнении условия формулы 1 процесс вычисления прекращается и на выход подается код углового положения вала датчика ,
D0φ
где φ - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла поворота вала.
Графически алгоритм вычисления представлен на фиг. 2.
D0Г
D0Т
D0φ
Г
Т
D0Г
Г
D0T
Т
D0φ
Г
Г
Г
Т
Г
Т
Т
Т
Г
Г
Г
Т
Т
Согласно реализуемому микроконтроллером 8 алгоритму, в первый момент времени происходит инициализация портов данных микроконтроллера A, B, C (1), которая заключается в установлении направленности портов (порты A и B на ввод данных, порт C на вывод). Следующий этап (2) - присвоение переменным φ, φ, φ, Δφ, k, k значения постоянных величин, где φ - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла N грубого канала датчика угла, φ - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла N точного канала датчика утла, φ - угол соответствующий единице младшего разряда кода угла Nφ поворота вала, Δφ - угол расхождения между грубым и точным каналами, k - число электрической редукции грубого канала, k - число электрической редукции точного канала. Далее происходит считывание кодов N и N (3) с портов приема данных, полученных с аналого-цифровых преобразователей углов 6, 7 и преобразование (4) в соответствующие значения углов грубого φ и точного φ каналов в градусах. Затем обнуляются счетчики i и n (5). Следующим этапом (6) проверяется истинность условия равенства значений углов грубого и точного каналов с поправкой на угол расхождения между ними. Если условие ложно, то происходит инкремент n (8), где 0<n<k (7). По достижению n=k происходит обнуление n и инкремент i (10), где 0<i<k (9). Подбором n и i достигается определение количества периодов n точного канала для определения угла поворота вала φ. По достижению i=k происходит возврат к считыванию кодов N и N (3) с портов приема данных. Если условие (6) истинно, переменной φ (11) присваивается значение угла точного канала с учетом количества периодов n и поправкой на число электрической редукции точного канала k. Затем найденный угол поворота вала φ преобразуется в код угла Nφ (12) и выводится на порт C микроконтроллера (13).
Г
Т
Преимуществом представленного преобразователя угла является то, что в устройстве можно использовать датчик с любым существующим числом электрической редукции грубого и точного каналов, достаточно установить соответствующий k и k.