
- •1.1. Классификация преобразователей информации
- •1.1.1. Классификация ацп
- •1.1.2. Классификация цап
- •1.2. Параметры преобразователей информации
- •1. Идеальная 2. Смещение нуля. 3. Отклонение коэффициента передачи.
- •4. Нелинейность. 5. Немонотонность.
- •Обычно .
- •2. Квантование непрерывных величин во времени и по уровню
- •2.1. Квантование во времени
- •2.1.1. Определение частоты квантования по теореме Котельникова
- •Функция
- •2.1.2. Определение частоты квантования с помощью интерполяционного многочлена Лагранжа
- •2.2. Квантование по уровню
- •3. Классификация и методы определения погрешностей
- •3.1. Классификация погрешностей
- •3.2. Методы определения ошибки устройства, вызванной действием одной первичной ошибки
- •3.3. Методы суммирования случайных ошибок
- •4. Преобразователи цифровых кодов в электрические сигналы (цап)
- •4.1. Классификация
- •4.2. Цап с весовыми резисторами
- •4.3. Цап с ср r-2r и одним эталонным источником напряжения
- •4.4. Цап с ср r-2r и источниками равных токов в разрядах
- •4.5. Цап с сеткой резисторов комбинированного типа
- •4.6. Цап с коммутируемыми конденсаторами (цап с конденсаторами с перераспределением зарядов)
- •4.7. Цап с суммированием единичных приращений. Цап с шим и чим
- •Цап с шим.
- •Цап с чим.
- •4.8. Цап последовательного кода в напряжение
- •4.9. Цап последовательного кода в напряжение на коммутируемых конденсаторах
- •4.10. Полно-декодирующие цап (или строковые цап)
- •4.11. Сегментные цап
- •4.12. Биполярные цап
- •5.1. Классификация
- •5.2. Ацп считывания
- •5.3. Преобразователи напряжение в код (пнк) с полной обратной связью
- •5.4. Ацп, основанные на методе сравнения и вычитания
- •5.5. Ацп последовательного приближения (пнк, использующий в обратной связи цап с суммированием с учетом веса разряда)
- •5.6. Ацп без обратной связи конвейерного типа (на одноразрядных ацп-цап)
- •5.7. Ацп с промежуточным преобразованием
- •5.7.1. Ацп с времяимпульсной модуляцией (ацп с вим)
- •5.7.2. Время-импульсный ацп с двойным интегрированием
- •5.7.3. Схема преобразования напряжения в код с трехтактным интегрированием
- •5.7.4. Ацп с промежуточным преобразованием в частоту
- •5.7.5 Генератор управляемый напряжением (гун)
- •5.8. Архитектура сигма-дельта ацп
- •5.8.1. Шумообразующий - модулятор (ацп со сбалансированными зарядом и разрядом)
- •5.8.2. Изменение формы сигнала
- •5.8.3. Сравнение метода двухшагового преобразователя с преобразователем со сбалансированным зарядом и разрядом
- •5.9. Стахостическо-эргодический метод преобразования напряжения в код
- •5.9.1 Удобство обработки
- •6. Кодовые шкалы преобразователей считывания
- •6.1. Применение в преобразователях специальных кодов для устранения ошибок неоднозначности при считывании
- •6.2. Двоичные кодовые шкалы
- •6.3 Двоично-сдвинутые коды
- •6.4. Метод «двойной щетки»
- •6.5. Однопеременный циклический код. Код Грея
- •6.6. Двоично-десятичные кодовые шкалы
- •6.6.1. Взвешенный двоично-десятичный код
- •6.6.2. Невзвешенные двоично-десятичные коды с последовательным изменением одной единицы
- •7. Аналого-цифровые преобразователи механических перемещений
- •7.1. Классификация
- •7.2. Преобразователи перемещений в код накапливающего типа
- •7.3. Циклический преобразователь с промежуточным преобразованием в фазу и временной интервал
- •7.4. Фазовращатель на основе вращающихся трансформаторов (вт, сквт)
- •7.4.1. Схема фазовращателя с вращающимся полем
- •7.4.2. Схема фазовращателя с пульсирующим полем
- •7.5. Фазовые методы преобразования информации
- •7.5.1. Фазовый интерполятор прямого преобразования по методу стробирующей бегущей метки
- •7.5.2. Формирование цифрового кода на выходе фазовращателя
- •7.5.3. Фазовый следящий интерполятор
- •7.6. Амплитудные методы преобразования информации
- •7.6.1. Интерполяторы следящего типа (компенсационные)
- •7.6.2 Амплитудный интерполятор прямого преобразования
- •Список литературы
7. Аналого-цифровые преобразователи механических перемещений
7.1. Классификация
Рис. 7.1. Классификация АЦП механических перемещений.
Существует три основных метода преобразования непрерывных величин в дискретные:
- метод последовательного счета (метод подсчета единичных приращений аналоговой величины);
- метод считывания;
- метод сравнения и вычитания;
Для преобразователей механических перемещений в цифровой код нашли применение только два первых метода – метод последовательного счета и метод считывания.
Преобразователи последовательного счета.
АЦП последовательного счета делятся на циклические и накапливающие.
Циклические получили наибольшее распространение, имеют постоянный цикл преобразования, который определяет динамические показатели изменения аналоговой величины, выполняются с промежуточным преобразованием в частоту, фазу, временной интервал, амплитуду.
В накапливающих АЦП физическое перемещение с помощью специального устройства разделяется на ряд одинаковых элементарных приращений (одна дорожка кодовой шкалы).
Переход к дискретной форме представления всего перемещения осуществляется путем подсчета числа приращений.
Поскольку происходит измерений лишь приращений, то данные преобразователи имеют большое быстродействие.
Недостаток: возможность появления систематической погрешности, за счет сбоев, прерывания последовательности в передаче элементарных приращений.
Преобразователи считывания.
АЦП считывания имеют кодовую шкалу, перемещающуюся пропорционально измеряемой величине, и набор чувствительных элементов.
Формирование кода осуществляется путем опроса чувствительных элементов:
- одновременного в преобразователях параллельного действия;
- поочередного в преобразователях последовательного действия.
7.2. 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
поступают в усилители-формирователиУФ1 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.
Рис. 7.2. Блок-схема накапливающего преобразователя.
В
результате на выходах формирователей
Ф1 и
Ф2
образуются четыре прямоугольных
напряжения
,
три из которых сдвинуты относительно
каждого предыдущего на величину
по пространственной фазе.
Выходные
сигналы
и
подаются на дифференцирующие цепиД1
и Д2.
Продифференцированные импульсы
и
поступают на соответствующие схемы
совпадения группыИ1,
И2, И3, И4.
На
вторые входы схем совпадения подаются
соответствующие потенциальные сигналы
и
.
Для
показанной на блок-схеме коммутации
входов и выходов схем совпадений И1,
И2, И3, И4,
импульсы вырабатываются на шине прямого
хода и затем подаются на вход
реверсивного счетчика, если измерительная
растровая решетка движется в прямом
направлении.
Рис. 7.3. Временная диаграмма прямого хода преобразователя.
Рис. 7.4. Временная диаграмма обратного хода преобразователя.
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.
В качестве 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.