27.4 Преобразователи с устройствами пространственного кодирования

Устройства пространственного ко­дирования позволяют преобразовы­вать линейные и угловые перемеще­ния в последовательность электриче­ских импульсов, соответствующих па­раллельному или последовательному цифровому коду. Естественной вход­ной величиной этих ПР является угловое и, значительно ре­же, линейное перемещение, а выходной —совокупность импульсных сигналов. Этими ПР наз. «угол-код». ПР «угол-код» рабо­тают по принципу одного отсчета и со­стоят их двух основных устройств: ко­дирующего устройства и вспомогатель­ных электронных схем (усилительно-преобразующего устройства), предна­значенных для считывания кода с чув­ствительных элементов, преобразова­ния вых. кода (если в этом есть необходимость) и временного хранения выходного кода преобразователя. Кодирующее устройство (КУ), про­странственного кодирования состоит из кодовой шкалы (маски кода) и си­стемы съема (считывания) информа­ции со шкалы (рис 2.32).

В зави­симости от разрешающей способно­сти КУ содержит определенное число кодовых дорожек-разрядов. Кодовые шкалы, как правило построены на использовании масок двоичных кодов и поэтому содерж. элементы шкалы, обладающие определенными физическими признаками, отождествляемыми со значениями единиц, и элементы с обратными по отношению к первым (противоположными) физическими характеристиками; принимаемые за значения нулей. ПР имеют один электрический выход, если применяется последовательное считывание кода, и сколько выходов (по одному выходу каждый разряд) — при параллельном считывании. В зависимости от геометрии носителя кодовой маски ПР «угол-код» делятся на дисковые и барабанные. ПР дискового типа имеют меньшие осевые размеры, на линейную протяженность разрядных дорожек оказывает влияние номер (вес) разряда, что создает определенные технологические трудности изготовлении ПР. Барабанные ПР свободны указанного недостатка, однако имеют большие габаритные размеры и массу. По использованию различных фи­зических структур для формирования КУ и взаимодей­ствия их с чувствительными элемен­тами наиболее распространенные ПР делятся на: 1) гальванические (контактные) — с кодирующими ус-вами, содержащие проводящие и непроводящие участки шкалы (ламели), и системы съема информации на базе щеток; 2) оптические — с оптической свя­зью между кодовым устройством и си­стемой съема, содержащие КУ с прозрачными и не­прозрачными участками, источники и приемники световой энергии; 3) электромагнитные — с магнитной связью между КУ и системой съема, содержа­щие КУ, имеющее участки носителя с различными маг­нитными характеристиками. Частным случаем широко распро­страненных электромагнитных ПР «угол-код» являются ПР трансформаторного типа, КУ которых содержит участки с различной магнит­ной проницаемостью. По наличию механического кон­такта между кодирующей системой (барабаном или диском) и системой съема сигнала ПР «угол-код» делятся на контактные и бескон­тактные. Число шкал (отдельных КУ), используемых для формирования вых. кода, опре­деляет шкальность ПР. Различают одношкальные и многошкальные ПР «угол-код». В последних шкалы связываются ме­жду собой с помощью редуктора. Многошкальные ПР исп. для повышения точности съема данных при прим. КУ с низкой плотностью записи информ. Основными метрологическими характериками ПР «угол-код» являются время одного ПР и точность преобразо­вания. Контактные ПР «угол-код» делятся на кулачковые, барабанные и дисковые. Кулачковые ПР имеют КУ, состоящее из набора кулачковых шайб, жестко закрепленных на вход­ной оси ПР.

Дисковые ПР. Задающая система в этих ПР выполняется в виде диска с нанесенным на него кодом типа кон­центрических колец, составленных из чередующихся электрически проводя­щих и непроводящих участков. Достоинством барабанных и дис­ковых ПР является вы­сокая помехозащищённость выходного кода, значительные уровни вых. сигналов (до 10 В). Фотоэлектрические ПР. На сегодня имеют наи­более широкое распространение из чи­сла ПР «угол-код». Это объясняется, во-первых, рядом положительных качеств этих ПР (малые моменты инерции и трения и т.д.) и, во-вторых, тем, что благодаря разработке совершен­ной технологии изготовления элемен­тов этих ПР удается до­биться при сравнительно небольших габаритах высокой точности преобра­зования. В фотоэлектрических ПР, как и в контактных дисковых, в качестве задающей системы исполь­зуется кодовый диск. В качестве чувствительных элементов при­меняются фотоэлементы.

Электромагнитные ПР «угол-код» :К ним относятся индуктивные и трансформаторные ПР, ПР с кольцевыми ферритовыми чувствительными элементами и емкостные ПР. В трансформаторных ПР «угол-код» в основе принципа действия системы съема кода лежит изменение величины взаимоиндукции между первичной и вторичной обмоткой чувствительного элемента, причем магнитная цепь состоит их двух ферромагнитных сердечников (рис. 2.35), разделенных воздушным зазором. Изменение коэффициента взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками достигается благодаря перемещению магнитного экрана внутри зазора между сердечниками.

Чувствительный элемент в трансформаторных ПР представляет собой пару идентичных катушек, выполненных на П–образных сердечниках из ферромагнитного материала (например, оксифера). Сердечники располагаются в одной плоскости с обеих сторон диска напротив соответствующего разрядного кольца точно друг против друга. На катушку опроса (КО) поступает опрашивающий импульс. При этом в зависимости от того, находиться ли в этот момент между катушками опроса и считывания воздушный зазор или материал диска, являющийся магнитным экраном, на выходе катушки считывания (КС) будет меняться амплитуда импульса. Если между катушками находиться материал диска, то в нем возникают вихревые токи, оказывающие размагничивающее действие, т.е. создающие поток, направленный навстречу основному потоку. При этом магнитное поле в обмотке считывания мало и сигнал на выходе значительно меньше, чем для случая, когда между половинками трансформатора находиться воздушный зазор. Большая амплитуда импульса определяет наличие единицы в данном разряде, а малая – наличие нуля. Зазор между сердечниками катушек выбирается минимально возможным, так как в этом случае представляется возможность повысить уровень сигнала на выходе катушек считывания или уменьшить размеры сердечников, а тем самым и диаметр диска, т.е. габаритные размеры устройства. Величина минимально возможного зазора определяется толщиной диска и возможной тщательностью выполнения устройства, толщина диска – его прочность. Выполняемые в настоящее время диски трансформаторных преобразователей имеют толщину 0,5…1 мм. Это позволяет обеспечить зазор между сердечником катушек 0,8…1,1 мм.

Трансформаторные преобразователи имеют меньшие моменты трения и инерции, чем все ранее рассмотренные, включая и фотоэлектрические типы преобразователей. Однако в трансформаторных преобразователях значительно труднее, чем в фотоэлектрических, обеспечит большое число разрядов при относительно небольших габаритных размерах, в силу чего они обычно выполняются многошкальными, причем каждая ступень имеет не более 7…8 двоичных разрядов.

Наиболее существенный недостаток преобразователей этого типа – малое отношение сигнал/шум, порядка 3…4.