Оптоэлектронный цифровой преобразователь угла

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля и управления подвижными объектами.
Известен преобразователь угол код, описанный в монографии Гречишников В.М., Конюхов Н.Е. Оптоэлектронные цифровыедатчики перемещения со встроенными волоконно-оптическими линиями связи. М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с. (стр. 155-156), содержащий измерительный вал, кодовый диск, группу излучателей, группу фотоприемников и фотоусилителей, интегральные компараторы.
Наиболее близким по технической сущности является устройство оптоэлектронного преобразователя перемещения в код (SU №1569985 МПК Н03М 1/26, опубл. 07. 06. 1990).
В известном изобретении оптоэлектронный преобразователь перемещения в код, содержит осветитель, волоконно-оптический жгут, кодовый элемент, состоящий из маски с дорожками грубого отсчета и дорожкой точного отсчета и несущей кодовой подложки (НКП), канал грубого отсчета, канал точного отсчета, блок согласования отсчетов. Канал грубого отсчета (ГО) содержит формирователь кода, преобразователь кода, считывающие элементы. Канал точного отсчета (ТО) содержит считывающие элементы и формирователь кода. Формирователь кода содержит блок вычитания, формирователь управляющего сигнала, постоянное запоминающее устройство, преобразователь напряжения - код. Блок согласования отсчетов содержит управляющие считывающие элементы, компараторы, блок управления, мультиплексор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, сумматор. Блок управления содержит элементы И, элементы ИЛИ, элементы НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Мультиплексор содержит шину логического нуля, шину логической единицы, блоки элементов И, ИЛИ, НЕ.НКП представляет собой монолитную конструкцию, состоящую из двух, концентрических кольцевых перемычек, между которыми расположена кодовая площадка, представляющая собой, например, шесть концентрических кодовых дорожек, выполненных в соответствии с инверсным кодом Грея, т.е. логическому "0" соответствуют прозрачные участки, а логической "1" соответствуют непрозрачные участки кодовых дорожек. Все непрозрачные участки кодовых дорожек НКП соединены непосредственно или друг через друга с внутренней и внешней кольцевыми перемычками, образуя геометрически замкнутый рисунок, обеспечивающий при соответствующей толщине НКП необходимую ее механическую жесткость и прочность. При этом отклонение от неплоскостности НКП при соответствующей ее толщине может быть сравнимо со стеклянными дискам. Угловые размеры перемычек в НКП выполнены с гарантированным отрицательным допуском относительно размеров соответствующих элементов маски. Это позволяет с высокой точностью формировать границы смены кода.
Недостатком описанных устройств является недостаточная точность и надежность из-за отсутствия информации о поканальной работоспособности электрической схемы как на этапе изготовления, так и в процессе его эксплуатации.
В полезной модели решается задача повышения точности и надежности преобразователя.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство, содержащее измерительный вал, на котором укреплена оптическая маска инверсного кода Грея, считывающую диафрагму, группу излучателей, оптически связанных через кодовый диск и диафрагму с соответствующими фотоприемниками, подключенными ко входам фотоусилителей, микроконтроллер с группой аналоговых входов встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и первой, второй, третьей, четвертой и пятой ячейками ввода/вывода цифровых сигналов, механический переключатель режимов работы, подключенный к ячейкам ввода/вывода микроконтроллера, аналоговый ключ, управляющий вход которого связан ячейкой микроконтроллера, а информационные входы которого подключены к источнику опорного напряжения и общей точке цепи питания группы излучателей, блок индикации, подключенный к четвертой и пятой ячейкам ввода/вывода микроконтроллера.
Конструкция предлагаемого оптоэлектронного цифрового преобразователя угла представлена на чертеже.
ПИТ
В состав оптоэлектронного цифрового преобразователя угла, содержащего измерительный вал 4, на котором установлен кодовый диск 5, группу излучателей 3, каждый из которых оптически соединен через кодовый диск 5 и считывающую диафрагму 6, с соответствующими фотоприемниками 7, подключенными к группе фотоусилителей 8, в который, введены аналоговый ключ 2, механический переключатель режимов «Диагностика» -«Работа» 17 и микроконтроллер 11, к входам 9, встроенного АЦП, присоединены выходы группы фотоусилителей 8, первую ячейку вывода цифрового сигнала 10, подключенную к управляющему входу аналогового ключа 2, вход которого присоединен к источнику опорного напряжения U, 1 а выход - к общей точке цепи питания излучателей 3, причем механический переключатель режимов «Диагностика» и «Работа» 17 подключен ко второй и третьей ячейкам ввода/вывода 14, 15 микроконтроллера 11 и блок индикации 16, подключенный к четвертой и пятой ячейкам ввода/вывода 12, 13.
Преобразователь работает следующим образом.
В исходном состоянии измерительный вал 4 устанавливается в нулевое положение, соответствующее единичным сигналам на всех выходах считывающего диска 6 инверсного кода Грея. С помощью переключателя режимов 17 механическим путем замыкаются выводы 14 и 15 между собой, переводя, тем самым преобразователь в режим «Диагностика». После этого с ячейки 10 микроконтроллера 11 подается сигнал, который замыкает аналоговый ключ 2, в результате чего опорное напряжение от источника 1 подается на группу излучателей 3, что приводит к формированию одновременно на всех их выходах оптических сигналов. После фотоэлектрического преобразования оптических сигналов в фотоприемниках 7 электрические сигналы подаются на входы соответствующих фотоусилителей 8. В соответствии с программой, записанной в ПЗУ микроконтроллера 11, принятые сигналы фотоусилителей 8, оцифровываются в АЦП и сравниваются в ОЗУ микроконтроллера 11 с пороговым значением кода, при котором происходит переключение значения разрядной цифры из нуля в единицу и наоборот. Выявить дефектные каналы можно путем логического умножения значений разрядных цифр кодов Грея
Пi
i
где α - значение i - той разрядной цифры выходного инверсного кода преобразователя, α- истинное значение i - той разрядной цифры инверсного кода Грея, записанного в ОЗУ микроконтроллера. По совокупности всех разрядов условие отсутствия дефектов можно задать выражением
где n - общее число разрядов преобразователя.
Если принятый код хотя бы в одном из разрядов не соответствует инверсному нулевому коду Грея, записанному в памяти, то микроконтроллер 11 выдает команду « Неисправен» о не работоспособности одного или нескольких каналов ОЦПУ на блок индикации 16. После этого микроконтроллер 11 подает сигнал с ячейки управления 10 на аналоговый ключ 2 для отключения источника опорного напряжения 1 от группы излучателей 3, что соответствует формированию единиц во всех разрядах инверсного кода Грея. Сигналы с выходов фотоприемников 7 подаются на входы группы соответствующих фотоусилителей 8, выходные сигналы с фотоусилителей 8 поступают на входы 9 микроконтроллера 11. Принятые сигналы оцифровываются в АЦП и сравниваются в ПЗУ микроконтроллера 11, с пороговым значением кода, при котором происходит переключение значения разрядной цифры из единицы в ноль и наоборот. Алгоритм определения дефектных каналов можно задать следующим выражением:
условие отсутствия дефектов можно задать выражением
Если коды не совпадают, хотя бы в одной позиции, микроконтроллер 11 выдает команду «Неисправен» на блок индикации 16о неработоспособности одного или нескольких каналов ОЦПУ.
В случае полного совпадения всех принятых сигналов, т.е. выполнении условий (1) и (2), микроконтроллер 11 формирует выходную команду «Исправен» на блок индикации 16. После этого необходимо разомкнуть выводы 14 и 15 с помощью механического переключателя 17, запустив тем самым выполнение штатного режима преобразования «Работа».
Таким образом, описанное устройство позволяет осуществить поканальную самодиагностику ОЦПУ и за счет этого повысить эксплуатационную надежность и точность преобразования.