Для экзамена / топилыч 3

3.2

Преобразователи перемещений в код накапливающего типа

В преобразователях перемещения в код накапливающего типа, измеряющих приращение, движение входной оси условно разбивается на единичные приращения – кванты, на появление которых реагирует чувствительный элемент преобразователя.

При появлении приращения угла, равного кванту, чувствительный элемент посылает сигналы.

Поскольку все сигналы, характеризующие появление приращения угла,

равного кванту, имеют один и тот же вид, только с помощью счетчика могут быть получены данные о количестве приращений от некоторого положения входной оси,

принимаемого за нулевое.

Единственной характеристикой единичного перемещения является его знак,

говорящий о направлении движения.

Для получения правильного значения полного угла поворота сигналы чувствительного элемента должны суммироваться с учетом направления движения,

а значит, при изменениях направления движения входной оси преобразователя,

счетчик должен переключаться со сложения на вычитание или наоборот, т.е.

должен работать в реверсивном режиме.

Состав накапливающего преобразователя:

-задающий элемент или квантованная шкала, разбитая на соответствующее число единичных участков;

-чувствительный элемент (он же считывающий элемент);

-элемент, определяющий направление движения входной оси;

-реверсивный счетчик.

Из принципа работы накапливающего преобразователя следует, что счетчик должен быть всегда подключен к чувствительному элементу, что исключает возможность построения многоканального преобразователя этого типа.

Наиболее существенным недостатком накапливающих преобразователей является возможность появления систематической ошибки при пропадании одного или нескольких сигналов чувствительного элемента.

Из-за этой особенности преобразователями накапливающего типа пользуются в основном, когда необходимо определить на абсолютную величину

перемещения, а его приращение.

На рисунках 7.2-7.5 представлены блок-схема и временные диаграммы работы устройства с реверсивным счетчиком муаровых полос, позволяющих

получить два импульса на каждую полосу.

От фотоприемников балансных пар, синусоидальные сигналы I и II,

сдвинутые по пространственной фазе на / 2 поступают в усилители-

формирователи УФ1 и УФ2. Каждый из формирователей имеет по два выхода. С

одного выхода формирователя снимается прямоугольное напряжение с той же фазой, что и входной синусоидальный сигнал, а с другого выхода – прямоугольное

напряжение с фазой, сдвинутой на по отношению к первому.

X

Рис. 7.2. Блок-схема накапливающего преобразователя.

В результате на выходах формирователей Ф1 и Ф2 образуются четыре

X

A

A'

A

A'

B

B

И1

И2

И 3

И 4

Рис. 7.4. Временная диаграмма обратного хода преобразователя.

ФД1 ФД2 ФД3 ФД4

ФД1

Х

ФД3

Х

Рис. 7.5. Расположение считывающих элементов.

При движении измерительной решетки в обратном направлении счетные импульсы появляются на шине обратного хода и затем подаются на вход реверсивного счетчика.

При перемещении решетки на один шаг на счетчик подаются два импульса.

Т.е. данное отсчетное устройство обладает разрешающей способностью,

соответствующей ½ шага растра.

Вкачестве задающего элемента служат дифракционные решетки,

недостатками которых является сложность изготовления и дороговизна.

Предельная точность метода счета дифракционных муаровых полос равна 1-

2 мкм.

Достоинство – простота реализации.

Недостатки:

-необходимость постоянного подключения считывающих элементов к счетчику, что исключает многоканальность;

-возможность наличия систематической накапливающейся ошибки.

3.4

Двоичные кодовые шкалы

При двоичном кодировании весь диапазон изменения преобразуемого перемещения AX разбивают на равные интервалы A hX и каждому интервалу ставят в соответствие определенное двоичное число. Соотношение между числом разрядов n двоичного числа, являющегося эквивалентом преобразуемого перемещения, интервалом hX и диапазоном измерения AX , равным xmax

имеет вид

2n 1 xmax xmin 2n

hX

Пример:

max min 180O , hX 1O , т.е. 128 180 256 .

При преобразовании линейного перемещения всё поле двоичной кодовой шкалы разбивается на линейные дорожки.

Пример трехразрядной линейной двоичной кодовой шкалы представлен на рисунке 6.2.:

000 001 010 011 с 100 101 110 111

3 разряд

2 разряд

1 разряд

с'

Рис. 6.2. Трехразрядная линейная двоичная кодовая шкала.

Коду нуля соответствуют заштрихованные кодовые участки, коду единицы – светлые.

При преобразовании углового перемещения поле кодовой шкалы разбивается на кольцевые концентрические дорожки. На рисунке 6.3. показан пример круговой двоичной кодовой шкалы.

с

Рис. 6.3. Круговая двоичная кодовая шкала.

Младшему разряду двоичных чисел, получаемых в результате преобразования, соответствует внешнее кольцо кодовой шкалы, а старшему разряду – внутреннее.

Если кольцам присвоить порядковые номера, начиная с внутреннего, то число светлых и темных кодовых участков данного кольца можно подсчитать по

формуле M K NK 2K 1 , где M K – число кодовых участков «1» для k-го кольца,

NK – число кодовых участков «0» для k-го кольца

При считывании информации с линейной двоичной кодовой шкалы считывающие элементы располагаются по прямой, перпендикулярной линейным кодовым дорожкам.

Считывающие элементы круговой кодовой шкалы располагаются по радиусу. При перемещении кодовой шкалы считывающие элементы фиксируют появляющиеся под ними коды нулей и единиц. В результате каждому положению кодовой шкалы соответствует вполне определенное двоичное число.

Достоинством двоичной кодовой шкалы является то, что на выходе преобразователя с такой шкалой получается сразу код двоичного числа.

Однако считывание информации с двоичной кодовой шкалы может происходить с большими ошибками.

Действительно, в двоичном коде два соседних числа могут различаться значениями всех своих разрядов, в круговом при переходе с 7 на 0, в линейном при переходе с 3 на 4.

Недостаток.

Во избежание считывания ложных кодов при переходе от одного числа к другому, необходимо, чтобы граница между секторами была прямой линией и считывающие элементы располагались точно по этой прямой. Однако, практически эти требования не выполнимы. Кодовые шкалы изготавливаются с определенными погрешностями, установка считывающих элементов производится также с определенным допуском.

Наличие этих погрешностей приводит к тому, что при переходе от одного сектора к другому, считывающие элементы различных разрядов зафиксируют это неодновременно.

Такая неодновременность считывания на границе приводит к ошибкам неоднозначности, которые в наихудших случаях могут достигать величины, равной половине максимального числа, считываемого со шкалы.

Возможность появления таких больших ошибок считывания является существенным недостатком двоичных кодовых шкал.

Для устранения ошибок неоднозначности считывания с двоичной кодовой

шкалы применяются два метода:

-использование более чем одного ряда считывающих элементов с последующей логической выборкой сигналов с них (двоично-сдвинутые коды);

-использование кодов с последовательным изменением в одном из разрядов

(однопереходные коды).

Двоично-сдвинутые коды

При установке дополнительных считывающих элементов в каждом разряде двоичной кодовой шкалы ошибки неоднозначности устраняются за счет избыточной информации.

Избыточная информация позволяет осуществлять логический выбор для каждого разряда одного из двух считывающих элементов.

Существуют два основных метода установки и логического выбора считывающих элементов:

-метод V-расположения считывающих элементов (код Баркера);

-метод «двойной щетки».

Первым логическим считывающим методом для кодовых шкал,

применяющих естественный двоичный код, был предложен метод V-расположения

считывающих элементов (см. рис. 6.4).

Рис. 6.4. V-расположение считывающих элементов.

Следует отметить, что для младшего разряда кодовой шкалы применяется один считывающий элемент, а для остальных разрядов – два.

По мере удаления от младшего разряда, расстояние между считывающими элементами в паре возрастает.

Расположение чувствительных элементов напоминает очертание латинской буквы V, что и определило название метода.

Предположим, что с младшего 3го разряда двоичной кодовой шкалы считывается код «1». В этом случае, когда считывающий элемент в следующей 2й

разрядной дорожке кодовой шкалы смещен на небольшую величину в направлении возрастания числа («опережающий» считывающий элемент), считывание этим элементом будет неверным, если линия считывания подходит в данный момент к переходу 1 0 в младшем разряде кодовой шкалы, потому, что опережающее смещение считывающего элемента 21 создает соответствующий перенос раньше времени.

Если элемент считывания второго разряда смещен в направлении уменьшения числа («отстающий» считывающий элемент), с него можно считывать правильно, когда с элемента 3го разряда считывается код «1» и наоборот.

Аналогичным образом можно показать, что выбор считывающего элемента в любой разрядной дорожке кодовой шкалы должен выполняться по следующему правилу:

а) если в i-м разряде считан код «0», то надо выбирать опережающий считывающий элемент в (i – 1) разряде;

б) если в i-м разряде считан код «1», то надо выбирать отстающий считывающий элемент в (i – 1) разряде.

Считывающие элементы при V-расположении симметрично смещаются относительно опорной линии считывания. Можно показать, что оптимальная величина смещения каждого считывающего элемента равна одной четверти кодового участка соответствующей разрядной дорожки кодовой шкалы. При этом получаются максимальные допуски на неточность изготовления кодовой шкалы и установки считывающих элементов. Поскольку величины кодового участка возрастает вдвое при переходе к соседнему старшему разряду, то и допуски тоже возрастают.

Это является большим достоинством метода V-расположения считывающих элементов.

Рассмотрим работу устройства преобразования V-кода в двоичный код.

Сформулированное ранее правило считывания V-кода можно записать в