27. Преобразователи линейных и угловых перемещений в цифровой код. Устройство и принцип действия преобразователей. Схемы включения в электрическую цепь. Коды Грея. Оптоэлектронные пары.

В случае измерения линейных и угловых перемещений объекта измерения можно создать преобразователь, преобразовывающий его положение (линейное или угловое) в пространстве в цифровой код и выдающий результат преобразования в цифровой форме. Абсолютные цифровые преобразователи - это рейки для линейных перемещений или диски для угловых перемещений, разделенные на N равновеликих площадок (полос в случае рейки, секторов в случае диска), на которых записаны бинарные слова, соответствующие определяемому положению рейки или диска согласно цифровому коду и конкретной технологии.

Все n бит, образующие каждое из слов, материализуются на n параллельных (для рейки) или концентрических (для диска) дорожках.

Кодирование. Прямой двоичный код можно использовать с помощью такого обрабатывающего прибора, как вычислитель. Существует минимальное число бит для представления каждого числа. Тем не менее, бывает очень неудобно выражать изменение числа на одну единицу одновременным изменением многих бит (см. рисунок 1.19), например: 15|₁₀ – 011111|₂  16|₁₀— 100000|₂.

Рисунок 1.20 – Преобразователи линейных (а) и угловых (б) перемещений,

использующие код Грея

При неправильной настройке считывающего устройства изменения каждого бита будут считываться неодновременно. В этом случае существует риск возникновения ошибки (погрешности преобразования), когда считывание происходит во время пересечения границы двух соседних значений или когда носитель кода останавливается в граничном положении.

Опасности ошибочного считывания можно избежать либо используя код, в котором при каждом элементарном перемещении изменяется только один бит либо, сохранив прямой двоичный код, но используя дополнительное считывающее устройство, позволяющее избежать двусмысленного считывания в переходных зонах (двухдорожечные носители кода с управляемым считыванием).

Рисунок 1.21 – Электрическая схема считывания информации

Н аиболее часто применяют код Грея, для которого коды, отличающиеся на единицу в десятичной системе, различаются только в одном разряде двоичной системы. Погрешность считывания таких кодов не превышает 1.

Цифры разряда кодов Грея не имеют определенного веса, что затрудняет вычисления, поэтому код Грея переводится в двоичный код. Правило перевода следующее: код Грея получается из двоичного кода путем суммирования с данным двоичным разрядом этого же числа, но сдвинутого на один разряд в сторону младшего разряда и без переноса в процессе сложения 1 в следующий разряд.

Характеристики преобразователя «угол - код». Основные метрологические характеристики преобразователя следующие: - число разрядов выходного кода - n; - квант по уровню q (или значение единицы младшего разряда кода) определяется значением 360°/2ⁿ; - разрешающая способность - максимальное изменение угла, которое не приводит к изменению выходного кода, - определяется квантом по уровню и равно значению q; - предельное значение допускаемой основной абсолютной погрешности преобразователя - максимальное значение разности результата измерения угла Nq и действительного значения угла .

Квантование по уровню для преобразователя «угол - код». Преобразователь «угол - код» реализует метод считывания при преобразовании аналоговой величины в код, при котором текущее значение угла сравнивается с квантованной шкалой значений угла. При квантовании угла (замене значения угла квантованным значением) возможны два способа отождествления:

- с ближайшим меньшим квантованным значением;

- с ближайшим квантованным значением.

При первом способе отождествления начала квантованной шкалы и шкалы значений угла совпадают.

Второй способ отождествления реализуется смещением начала квантованной шкалы на половину кванта относительно шкалы значений угла, для чего кодирующий диск повернут на угол q/2 относительно нулевого значения угла.

28.Измерительные преобразователи частоты в цифровой код. Устрой­ство и принцип действия, временные диаграммы работы преобразователей. Основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразо­вания.

В зависимости от значения интервала (называемого иногда "временными воротами") можно выделить преобразователи мгновенных значений, измеряющие частоту f_Х за один период колебаний T_Х, и преобразователи средних значений, измеряющие частоту f_Х путем подсчета числа периодов T_Х за интервал времени измерения T_И > T_Х и деления полученного числа на T_И.

Рис 4.1

Типовая структурная схема преобразователя

Типовая структурная схема преобразователя представлена на рис 4.1. Она содержит функциональные узлы, уже описанные выше. В связи с этим охарактеризуем схему (см. р.4.1), рассмотрев ее работу в различных режимах.

При преобразовании f_x сигнал подается на вход 1, а блок образцовой частоты (БОЧ) подключается к формирующему устройству (ФУ2). Формирующие устройства ФУ1 и ФУ2 необходимы для преобразования гармонических сигналов в короткие импульсы, соответствующие моментам перехода сигналов через нуль в одну сторону. Благодаря этому образуются периодическая последовательность импульсов с периодом T_Х ФУ1, которые удобно считать при измерении f_Х, и импульсы, с помощью которых ФУ2 формирует интервал времени T_И (метки времени). В качестве БОЧ применяется кварцевый генератор с системой делителей и умножителей частоты, позволяющих выбрать требуемый коэффициент деления или умножения при формировании T_И. Само формирование T_И осуществляется с помощью устройства управления (УУ). Управление работой преобразователя может быть ручным или автоматическим. Процесс преобразования наглядно поясняется временными диаграммами, приведенными на рисунке 4.2. Импульсы U₁ поступают на вход селектора, который открыт во время действия напряжения U₃, сформированного из колебаний БОЧ U₂. Это напряжение может иметь вид прямоугольного импульса длительностью T_И, называемого стробирующим импульсом (строб-импульсом) или м еткой времени.

Рисунок 4.2 - Временные диаграммы, характеризующие работу