ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована для аналого-цифрового преобразования углового положения вала в цифровой код для получения цифровой информации от управляемых объектов и ввода ее в цифровые управляющие и вычислительные машины.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатели, фотоприемники и плату обработки, Преснухин Л.Н. "Фотоэлектрические преобразователи информации." М.: Машиностроение, 1974. Рис.152. С.303.
Известный преобразователь имеет сложную конструкцию, а большие габариты и масса снижают его эксплуатационные возможности при использовании в малогабаритной аппаратуре.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный диск, излучатель, N фотоприемников и плату обработки, RU №63624 U1, H03M 1/24, 27.05.2007.
В известном преобразователе отсутствует индикаторный диск с диафрагменными окнами перед фотоприемниками, что создает опасность излишней засветки в процессе поворота измерительного диска, а это снижает чувствительность и точность преобразователя.
Известен фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений накапливающего типа, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатели, фотоприемники и плату обработки RU №91769 U1, G02F 7/00, 27.02.2010.
В известном преобразователе излучатели и фотоприемники расположены несимметрично относительно оси устройства, что не обеспечивает устройство одинаковой устойчивостью к ударным воздействиям в различных направлениях при различных изменениях положения преобразователя в пространстве, а это снижает его эксплуатационные возможности.
Известен магнитный преобразователь угла, содержащий корпус, шарикоподшипники, установленные в корпусе, вал, магнит, плату обработки, установленную в корпусе, магниточувствительный элемент, расположенный на плате обработки с зазором по отношению к магниту RU №72319 U1, G01B 7/30, H01L 43/04, 10.04.2008.
В известном преобразователе регулировка зазора между магнитом и магниточувствительным элементом производится посредством регулировочных прокладок, расположенных между корпусом и платой обработки, и для проведения регулировки зазора необходимо производить разборку устройства и доработку, по меньшей мере, двух регулировочных кольцевых прокладок, что усложняет конструкцию и технологию изготовления преобразователя, а значит - повышает его стоимость.
Известный преобразователь обладает жесткой конструкцией, но малой точностью, что снижает возможности его применения в прецизионной аппаратуре.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий кодируемый вал, измерительный диск с двумя концентрическими растровыми дорожками, индикаторный диск с окнами для инкрементного считывания и окном нулевой метки, излучатель, фотоприемники и устройство обработки информации, DE 19521252 A1, G08C 15/06, G08C 19/00, H03M 1/22, 12.12.1996.
Известный преобразователь предназначен для инкрементного считывания информации и не имеет возможности абсолютного считывания информации об угле поворота преобразователя, что ограничивает возможности его применения.
Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий цилиндрический корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки, RU №58822 U1, H03M 1/24, 27.11.2006.
Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.
Однако оно обладает недостатками.
Известный преобразователь обладает жесткой, пылевлагозащищенной конструкцией, но является сложным и дорогим в изготовлении.
Для точного преобразователя с большим числом разрядов число оптопар, образованных излучателями и фотоприемниками, должно быть большим, а это увеличивает габариты, снижает надежность устройства и усложняет его конструкцию, что одновременно приводит к его удорожанию.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить надежность и эксплуатационные возможности преобразователя.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в снабжении преобразователя магниточувствительным элементом и магнитом, имеющим возможность, при наличии юстировочного винта, юстировочных перемещений вдоль оси кодируемого вала для изменения зазора между ним и магниточувствительным элементом, в установке магниточувствительного элемента на плате обработки для обеспечения совместной или раздельной с фотоприемниками обработки информации (в зависимости от алгоритма) относительно угла поворота преобразователя.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус, кодируемый вал с внутренним отверстием, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки.
В кодируемом вале соосно с внутренним отверстием выполнено резьбовое отверстие, в котором установлен юстировочный винт.
На торцевой поверхности юстировочного винта закреплен соосно с ним магнит.
Магнит установлен с зазором по отношению к магниточувствительному элементу.
Магниточувствительный элемент расположен на плате обработки между фотоприемниками.
Юстировочный винт имеет возможность регулировки зазора между магнитом и магниточувствительным элементом.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - фотоэлектрический преобразователь угла, изометрия с вырезом четверти;
на фиг.2 - фотоэлектрический преобразователь угла в разрезе.
Фотоэлектрический преобразователь угла содержит:
Корпус - 1;
шарикоподшипники (в корпусе 1) - 2.
Кодируемый вал - 3;
внутреннее отверстие (в вале 3) - 4,
резьбовое отверстие (в вале 3) - 5.
Юстировочный винт (в отверстии 5) - 6,
торцевую поверхность (винта 6) - 7.
Магнит (на поверхности 7) - 8.
Измерительный диск - 9.
Индикаторный диск - 10.
Излучатели - 11.
Плату обработки - 12.
Фотоприемники (на плате 12) - 13,
магниточувствительный элемент (на плате 12) - 14.
Фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус 1, кодируемый вал 3, индикаторный 10 и измерительный 9 диски, излучатели 11, плату обработки 12.
Кодируемый вал 3 установлен в шарикоподшипниках 2.
Кодируемый вал 3 выполнен с внутренним отверстием 4 и резьбовым отверстием 5. Резьбовое отверстие 5 расположено соосно с внутренним отверстием 4.
В резьбовом отверстии 5 установлен юстировочный винт 6.
На торцевой поверхности 7 юстировочного винта 6 закреплен соосно с ним магнит 8.
На плате обработки 12 размещены фотоприемники 13 (например, многоэлементные) и магниточувствительный элемент 14. Магниточувствительный элемент 14 расположен между фотоприемниками 13.
Магнит 8 установлен с зазором по отношению к магниточувствительному элементу 14.
Юстировочный винт 6 имеет возможность регулировки зазора между магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14.
Магниточувствительный элемент 14 представляет собой специальную микросхему прямоугольной формы (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла, при этом определяется напряженность магнитного поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Для связи с устройством регистрации (не показано) служит кабель (показан условно).
Фотоэлектрический преобразователь угла работает следующим образом.
Вал пользователя устанавливают во внутреннее отверстие 4 кодируемого вала 3 преобразователя и закрепляют, например, посредством клеммного зажима (изображен условно). Угловое перемещение кодируемого вала 3 от вала пользователя (не показан) приводит к повороту измерительного диска 9 в корпусе 1, при этом световой поток от излучателей 11, пройдя через измерительный диск 9 и индикаторный диск 10, поступает на соответствующие фотоприемники 13 не перекрытые измерительным диском 9, и далее на плату обработки 12. Таким образом, каждому углу поворота кодированного вала 3 с измерительным диском 9 присуща своя комбинация электрических сигналов, идущих с фотоприемников 13, необходимых для формирования цифрового кода преобразователя в плате обработки 12, являющихся выражением данного угла поворота.
Также при повороте кодируемого вала 3 с магнитом 8 происходит изменение параметров электромагнитного поля, воздействующего на магниточувствительный элемент 14, который регистрирует угол поворота магнита 8 и преобразует его совместно с другими электроэлементами (показаны условно) платы обработки 12 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота кодируемого вала 3.
Далее на плате обработки 12 сигналы от фотоприемников 13 и магниточувствительного элемента 14 обрабатываются по специальному алгоритму и передаются в устройство регистрации (не показано) по кабелю связи (показан условно). При этом в преобразователе с абсолютным отсчетом угла поворота сигналы от магниточувствительного элемента 14 используются для формирования грубого отсчета, а сигналы от фотоприемников 13 для точного отсчета угла поворота кодируемого вала 3.
Размещение юстировочного винта 6 во внутреннем отверстии 4 кодируемого вала 3 не увеличивает габариты преобразователя.
Закрепление магнита 8 на торцевой поверхности 7 юстировочного винта 6 обеспечивает регулировку зазора между магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14 при проведении регулировочных операций, поскольку при сборке фотоэлектрического преобразователя, с учетом толщин применяемых измерительного 9 и индикаторного 10 дисков, зазор меняется. Обеспечение возможности регулировки зазора позволяет производить настройку преобразователя и делает ее более надежной.
После выполнения регулировочных операций юстировочный винт 6 фиксируется, например, посредством клея, что повышает надежность его крепления и жесткость конструкции преобразователя.
Установка магнита 8 и магниточувствительного элемента 14 внутри корпуса 1 вдоль оси кодируемого вала 3 и установка магниточувствительного элемента 14 на плате обработки 12, совместно с фотоприемниками 13, делает конструкцию преобразователя компактной и не увеличивает его габаритов.
Введение в устройство магниточувствительного элемента 14 и магнита 8, связанного с валом устройства, позволяет разместить в одной конструкции фотоэлектрический преобразователь угла и магнитный преобразователь угла без увеличения габаритов устройства, что повышает эксплуатационные возможности преобразователя.
Кроме того, ведение в устройство магнита 8 и магниточувствительного элемента 14 позволяет выполнить в преобразователе дополнительный канал по преобразованию угла поворота кодируемого вала 3.
Дополнительный канал по преобразованию угла поворота кодируемого вала 3 (в зависимости от алгоритма обработки сигналов, идущих с фотоприемников 13 и магниточувствительного элемента 14, расположенных на плате обработке 12) создает возможности либо использовать информацию об угле поворота кодируемого вала 3 для грубого отсчета перемещений в фотоэлектрическом преобразователе угла, либо выполнить резервный канал передачи угла поворота кодируемого вала 3.
Обеспечение возможности использования магнита 8 с магниточувствительным элементом 14 для грубого отсчета перемещений в фотоэлектрическом преобразователе по специальному алгоритму платы обработки 12 позволяет уменьшить в нем число излучателей 11 и фотоприемников 13, используемых для снятия информации об угле поворота кодируемого вала 3, что уменьшает число оптопар в преобразователе, тем самым уменьшает его радиальные габариты, повышает его надежность и эксплуатационные возможности.
Обеспечение возможности резервного канала передачи угла поворота с магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14 в преобразователе повышает его устойчивость и надежность при сильных механических воздействиях, а значит и эксплуатационные возможности, что особенно важно при использовании преобразователя в аппаратуре специального назначения, эксплуатируемой в условиях изменяющихся параметров окружающей среды.
Предложенный фотоэлектрический преобразователь угла изготовлен промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».