RU2070771C1 - Method and device for converting angular displacement to frequency - Google Patents
Method and device for converting angular displacement to frequency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2070771C1 RU2070771C1 SU5058846A RU2070771C1 RU 2070771 C1 RU2070771 C1 RU 2070771C1 SU 5058846 A SU5058846 A SU 5058846A RU 2070771 C1 RU2070771 C1 RU 2070771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- output
- frequency
- input
- phase shifter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. The invention relates to the field of measurement technology and can be used to connect analog information sources with a digital computing device.
Известен способ преобразования угловых перемещений в частоту (Домрачев В. Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. Справочное пособие. М. Энергоатомиздат, 1986 г. стр.99-101, рис. 5,27, 5,28), основанный на преобразовании угловых перемещений в сдвиг фазы двух сигналов, определении интервала времени, пропорционального сдвигу фаз, интегрировании и преобразовании проинтегрированного напряжения в частоту. A known method of converting angular displacements into frequency (Domrachev V.G. et al. Circuitry of digital displacement transducers. Reference book. M. Energoatomizdat, 1986, pp. 99-101, Fig. 5.27, 5.28), based on converting angular displacements into a phase shift of two signals, determining a time interval proportional to the phase shift, integrating and converting the integrated voltage to frequency.
Недостатком такого способа преобразования является сложность, обусловленная многоэтапным преобразованием. The disadvantage of this conversion method is the complexity caused by a multi-stage conversion.
Наиболее близким к изобретению по своему техническому решению является способ преобразования угловых перемещений в частоту и устройство для его осуществления (там же, стр. 101-102, рис. 5.30). Способ преобразования заключается в том, что формируют опорное напряжение, преобразуют его в сигнал, фаза которого относительно опорного напряжения пропорциональна угловому перемещению, преобразуют опорное и сигнальное напряжение в напряжения промежуточной частоты, формируют интервал времени, пропорциональный сдвигу фаз напряжений промежуточной частоты, поддерживают указанный интервал постоянным путем изменения промежуточной частоты и по промежуточной частоте определяют величину преобразуемого углового перемещения. В устройстве для осуществления этого способа преобразования угловых перемещений в частоту постоянство интервала времени обеспечивается соединенными в кольцо управляемым генератором частоты, формирователем интервала времени на основе триггера и смесителями частоты. Closest to the invention in its technical solution is a method of converting angular displacements into frequency and a device for its implementation (ibid., Pp. 101-102, Fig. 5.30). The conversion method consists in generating a reference voltage, converting it into a signal whose phase relative to the reference voltage is proportional to the angular displacement, converting the reference and signal voltage into intermediate frequency voltages, forming a time interval proportional to the phase shift of the intermediate frequency voltages, keeping the specified interval constant by changing the intermediate frequency and the intermediate frequency determine the magnitude of the converted angular displacement. In the device for implementing this method of converting angular displacements into frequency, the constancy of the time interval is ensured by a controllable frequency generator, a shaper based on a trigger and frequency mixers connected to a ring.
Недостатком такого способа преобразования угловых перемещений в частоту и устройства для его осуществления является сложность, обусловленная многоэтапным преобразованием, и невысокая точность. The disadvantage of this method of converting angular displacements into frequency and devices for its implementation is the complexity due to the multi-stage conversion, and low accuracy.
Задача, решаемая изобретением, заключается в устранении этих недостатков. The problem solved by the invention is to eliminate these disadvantages.
Для этого в способе преобразования угловых перемещений в частоту, заключающемся в том, что формируют опорное напряжение, преобразуют его в сигнальное напряжение, фаза которого относительно опорного напряжения пропорциональна угловому перемещению, относительно опорного напряжения сдвигают по фазе сигнальное напряжение до величины, кратной 2 π, путем изменения его частоты дважды при прямом и обратном направлениях следования фаз, и по двум значениям частот определяют величину преобразуемого углового перемещения. To do this, in the method of converting angular displacements to frequency, which consists in generating a reference voltage, converting it into a signal voltage, the phase of which relative to the reference voltage is proportional to the angular displacement, relative to the reference voltage, the signal voltage is shifted in phase to a multiple of 2 π, by changes in its frequency twice in the forward and reverse directions of the phases, and the two values of the frequencies determine the magnitude of the converted angular displacement.
При этом в преобразователь угловых перемещений в частоту, содержащий фазовращатель и усилитель, введены коммутатор следования фаз, блок управления и частотозависимое фазосдвигающее устройство, вход и выход которого соединены соответственно с выходом фазовращателя и со входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом коммутатора следования фаз, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления, а выход соединен со входом фазовращателя, или в преобразователь угловых перемещений в частоту, содержащий фазовращатель, усилитель и фазирующий сумматор, введены блок управления, частотозависимое фазосдвигающее устройство и коммутатор следования фаз, информационный вход которого подключен к выходу фазовращателя, управляющий вход к выходу блока управления, а выход соединен со входом частотозависимого фазосдвигающего устройства, выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен со входом фазовращателя, или в преобразователь угловых перемещений в частоту, содержащий фазовращатель, усилитель и фазирующий сумматор, введены частотозависимое фазосдвигающее устройство, два коммутатора следования фаз и блок управления, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов следования фаз информационный вход первого из которых соединен с выходом усилителя, а выход со входом фазовращателя, выход которого соединен с информационным входом второго коммутатора следования фаз, выход которого соединен со входом фазирующего сумматора, выход которого соединен со входом частотозависимого фазосдвигающего устройства, выход которого соединен со входом усилителя. At the same time, a phase sequence switch, a control unit and a frequency-dependent phase shifting device, the input and output of which are connected respectively to the output of the phase shifter and to the input of the amplifier, the output of which is connected to the information input of the phase sequence switch, are introduced into the angle-to-frequency converter containing the phase shifter and amplifier, the control input of which is connected to the output of the control unit, and the output is connected to the input of the phase shifter, or to a converter of angular displacements into a frequency containing phases Carrier, amplifier and phasing adder, a control unit, a frequency-dependent phase shifter, and a phase sequence switch are introduced, the information input of which is connected to the output of the phase shifter, a control input is connected to the output of the control unit, and the output is connected to the input of a frequency-dependent phase shifting device, the output of which is connected to the amplifier input, the output of which is connected to the input of the phase shifter, or to the converter of angular displacements into the frequency, containing the phase shifter, amplifier, and phasing adder, the hour is entered an independent phase shifter, two phase sequence switches and a control unit, the output of which is connected to the control inputs of the phase sequence switches, the first input of which is connected to the amplifier output, and the output with the phase shifter input, the output of which is connected to the information input of the second phase sequence switch, the output of which connected to the input of the phasing adder, the output of which is connected to the input of a frequency-dependent phase-shifting device, the output of which is connected to the input of the amplifier.
На фиг.1-3 представлены структурные схемы трех преобразователей, реализующих способ преобразования угловых перемещений в частоту. Figure 1-3 presents the structural diagrams of three converters that implement the method of converting angular displacements into frequency.
Преобразователь, представленный на фиг.1, содержит усилитель 1, фазовращатель 2, частотозависимое фазосдвигающее устройство 3, блок 4 управления, коммутатор 5 следования фаз. The Converter shown in figure 1, contains an
Преобразователь работает следующим образом. При использовании в качестве датчика угловых перемещений СКВТ возбуждение его двухфазным напряжением от источника опорного напряжения, выполненного в виде усилителя 1, обеспечивает режим фазовращателя (ФВ). В результате изменение сдвига фазы v1 выходного сигнала ФВ 2 при повороте вала на угол α равно v1-1=α при первом положении коммутатора 5 следования фаз (КСФ), обеспечивающем прямое следование фаз, и Φ1-2= -α при втором положении КСФ 5, обеспечивающем обратное следование фаз. Изменение положение КСФ 5 обеспечивается блоком 4 управления (БУ). Выходной сигнал ФВ 2, пройдя частотозависимое фазосдвигающее устройство (ЧФУ) 3, получит дополнительный сдвиг фазы, зависимый от частоты и определяемый фазочастотной характеристикой ЧФУ 3. Усиленный с помощью усилителя 1 сигнал используется в качестве опорного напряжения для возбуждения ФВ 2.The converter operates as follows. When used as a sensor of angular displacements, an SCRT excites it with a two-phase voltage from a reference voltage source, made in the form of an
Последовательно соединенные усилитель 1, КСФ 5, ФВ 2, ЧФУ 3, замкнутые в кольцо, образуют автогенератор, автоматически поддерживающий условие баланса фаз
Φ1+Φ2=2πn (n=0, 1, 2, ...)
Так как сдвиг фазы Φ1 ФВ 2 равен Φ1= ± α, а сдвиг фазы Φ2 ЧФУ 3 является функцией частоты ω:Φ2=f(ω), то преобразуемое угловое перемещение α и частота w устройства связаны соотношением
a=2πn-f(ω1)
при первом положении КСФ 5,
α= -2πn+f(ω2)
при втором положении КСФ 5, откуда величина преобразуемого углового перемещения α определится по двум значениям частот w1 и ω2
Нестабильность фазочастотной характеристики ЧФУ 3 приведет к одностороннему смещению частот ω1 и ω2, вследствие чего при определении величины α происходит компенсация погрешности.Serially connected
Φ 1 + Φ 2 = 2πn (n = 0, 1, 2, ...)
Since the phase shift Φ 1 ФВ 2 is equal to Φ 1 = ± α, and the phase shift Φ 2 of CFC 3 is a function of the frequency ω: Φ 2 = f (ω), then the converted angular displacement α and the frequency w of the device are related by
a = 2πn-f (ω 1 )
at the first position of KSF 5,
α = -2πn + f (ω 2 )
in the second position of
The instability of the phase-frequency characteristic of the
Преобразователь, представленный на фиг.2, содержит формирователь опорного напряжения, выполненный в виде усилителя 1, фазовращатель (ФВ) 2, частотозависимое фазосдвигающее устройство 3, блок 4 управления (БУ), коммутатор 5 следования фаз (КСФ), фазирующий сумматор (ФС) 6. The Converter shown in figure 2, contains a driver voltage reference, made in the form of an
Преобразователь работает следующим образом. При однофазном усилителе 1 режим ФВ осуществляется фазирующим сумматором (ФС) 6, выполненным, например, на основе RC-цепи, которая производит фазирование выходных сигналов ФВ 2 и их суммирование. КСФ 5, управляемый БУ 4, меняет порядок подключения ФС 6, обеспечивая тем самым поочередное следование фаз прямое и обратное. Для прямого следования фаз v1-1=α для обратного Φ1-2= -α.. Выходной сигнал ФС 6, пройдя ЧФУ 3, получит дополнительный сдвиг фазы Φ2, зависимый от частоты и определяемый фазочастотной характеристикой ЧФУ 3. Усиленный с помощью усилителя 1 сигнал используется в качестве опорного напряжения для возбуждения ФВ 2.The converter operates as follows. With a single-
Последовательно соединенные усилитель 1, ФВ 2, КСФ 5, ФС 6, ЧФУ 3, замкнутые в кольцо, образуют автогенератор, автоматически поддерживающий условие баланса фаз
Φ1+Φ2=2πn (n=0, 1, 2, ...)
Так как сдвиг фазы Φ1 ФВ 2 равен Φ1= ± α,, а сдвиг фазы Φ2 ЧФУ 3 является функцией частоты ω:Φ2=f(ω),, то преобразуемое угловое перемещение α и частота w устройства связаны соотношением
a=2πn-f(ω1)
при первом положении КСФ 5.Serially connected
Φ 1 + Φ 2 = 2πn (n = 0, 1, 2, ...)
Since the phase shift Φ 1 ФВ 2 is equal to Φ 1 = ± α ,, and the phase shift Φ 2 of CFC 3 is a function of the frequency ω: Φ 2 = f (ω), so the converted angular displacement α and the frequency w of the device are related by
a = 2πn-f (ω 1 )
at the first position of KSF 5.
α= -2πn+f(ω2)
при втором положении КСФ 5,
откуда величина преобразуемого углового перемещения α определится по двум значениям частот w1 и ω2
Нестабильность фазочастотной характеристики ЧФУ 3 приведет к одностороннему смещению частот ω1 и ω2, вследствие чего при определении величины α происходит компенсация погрешности.α = -2πn + f (ω 2 )
at the second position of CSF 5,
whence the magnitude of the converted angular displacement α is determined by two values of the frequencies w 1 and ω 2
The instability of the phase-frequency characteristic of the
Преобразователь, представленный на фиг.3, содержит формирователь опорного напряжения, выполненный в виде усилителя 1, фазовращатель (ФВ) 2, частотозависимое фазосдвигающее устройство (ЧФУ) 3, блок управления (БУ), первый коммутатор следования фаз (КСФ) 5, фазирующий сумматор (ФС) 6, второй коммутатор следования фаз (КСФ) 7. The Converter shown in figure 3, contains a driver voltage reference, made in the form of an
Устройство работает следующим образом. Двухфазный усилитель 1 обеспечивает режим ФВ. Одновременно включение на выходе ФВ 2 через КСФ 7 фазирующего сумматора 6 позволяет устранить погрешности от неквадратурности как усилителя 1, так и ФВ 2. Изменение направления следования фаз как на входах ФВ 2, так и на его выходах производится одновременно КСФ 5 и КСФ 7, синхронность переключения которых обеспечивается БУ 4. В результате на выходе ФС 6 получим v1-1=α для прямого следования фаз, Φ1-2= -α для обратного следования фаз,
Выходной сигнал ФС 6, пройдя ЧФУ 3, так же, как в первом и втором устройствах, получит дополнительный сдвиг фазы Φ2 зависимый от частоты и определяемый фазочастотной характеристикой ЧФУ 3.The device operates as follows. The two-
The output signal of
Последовательно соединенные усилитель 1, КСФ 5, ФВ 2, КСФ 7, ФС 6, ЧФУ 3, замкнутые в кольцо, образуют автогенератор, автоматический поддерживающий условие баланса фаз
Φ1+Φ2=2πn (n=0, 1, 2, ...).
Так как сдвиг фаз Φ1 ФВ 2 равен Φ1= ± α, а сдвиг фазы Φ2 ЧФУ 3 является функцией частоты ω:Φ2=f(ω),, то преобразуемое угловое перемещение α и частота w связаны соотношением
a=2πn-f(ω1)
при первом положении КСФ 5, КСФ 7,
α= -2πn-f(ω2)
при втором положении КСФ 5, КСФ 7,
откуда величина преобразуемого углового перемещения определится по двум значениям частот ω1 и ω2
Нестабильность фазочастотной характеристики ЧФУ 3 приведет к одностороннему смещению частот ω1 и ω2, вследствие чего при определении величины α происходит компенсация погрешности.Serially connected
Φ 1 + Φ 2 = 2πn (n = 0, 1, 2, ...).
Since the phase shift Φ 1 ФВ 2 is equal to Φ 1 = ± α, and the phase shift Φ 2 of CFC 3 is a function of the frequency ω: Φ 2 = f (ω), so the transformed angular displacement α and frequency w are related by the relation
a = 2πn-f (ω 1 )
at the first position of KSF 5, KSF 7,
α = -2πn-f (ω 2 )
at the second position of KSF 5, KSF 7,
whence the magnitude of the converted angular displacement is determined by two values of the frequencies ω 1 and ω 2
The instability of the phase-frequency characteristic of the
Вид функции f(w) определяется конкретной реализацией ЧФУ. Например, если ЧФУ составлено из N одинаковых каскадно соединенных развязанных апериодических звеньев 1-го порядка с постоянной времени каждого звена Т, то преобразуемое угловое перемещение a определится из решения уравнения . При увеличении числа звеньев N возрастает линейность преобразования.The form of the function f (w) is determined by the specific implementation of the CFC. For example, if a ChFU is composed of N identical cascade-connected decoupled aperiodic units of the first order with a time constant of each unit T, then the transformed angular displacement a will be determined from the solution of the equation . As the number of links N increases, the linearity of the transformation increases.
Работа приведенных преобразователей характеризуется следующей последовательностью действий над сигналами, являющимися признаками предлагаемого способа преобразования угловых перемещений в частоту. Усилитель 1 формирует опорное напряжение, ФВ 2 преобразует его в сигнал, фаза которого пропорциональна угловому перемещения, с помощью ЧФУ 3 производится дополнительный сдвиг фазы до величины 2π (n 0, 1, 2,), КСФ 5 (7) обеспечивает прямое и обратное направления следования фаз. Замкнутые в кольцо блоки устройств автоматически поддерживают за счет изменения частоты суммарный сдвиг фазы равный 2π (n 0, 1, 2,). Так как указанный сдвиг по фазе обеспечивается только изменением частоты, то по ее двум значениям определяют величину преобразуемого углового перемещения. The work of the given converters is characterized by the following sequence of actions on signals, which are signs of the proposed method for converting angular displacements into frequency.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5058846 RU2070771C1 (en) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Method and device for converting angular displacement to frequency |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5058846 RU2070771C1 (en) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Method and device for converting angular displacement to frequency |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2070771C1 true RU2070771C1 (en) | 1996-12-20 |
Family
ID=21611657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5058846 RU2070771C1 (en) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Method and device for converting angular displacement to frequency |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2070771C1 (en) |
-
1992
- 1992-08-17 RU SU5058846 patent/RU2070771C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений.- М.: Энергоатомиздат, 1987, с.99 - 101. 2. Там же, с.101 и 102, рис. 530. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4669024A (en) | Multiphase frequency selective phase locked loop with multiphase sinusoidal and digital outputs | |
RU2070771C1 (en) | Method and device for converting angular displacement to frequency | |
JPH01170105A (en) | Sine wave oscillator | |
RU2068620C1 (en) | Movement-to-code converter | |
JPH0473351B2 (en) | ||
EP0488624B1 (en) | A digital quadrature phase detection circuit | |
RU2070770C1 (en) | Displacement-to-code converter | |
SU1674372A1 (en) | Shaft rotation angle-to-digital converter | |
SU732952A1 (en) | Shaft rotation angle to code converter | |
RU2068619C1 (en) | Method for conversion of movement to code and device for implementation of said method | |
SU1078352A1 (en) | Frequency converter for transferring input signal phase shift angle to auxilliary generator frequency | |
RU2079101C1 (en) | Movement gage | |
SU599335A1 (en) | Digital double-phase sine-shaped signal generator | |
US4347480A (en) | Magnetic resonance gyro phase shifter | |
RU2161772C2 (en) | Angle determination device | |
SU1282164A1 (en) | Sine signal correlator | |
SU840997A1 (en) | Shaft angular position- to-code converter | |
SU980112A1 (en) | Shaft angular position-to-code converter | |
RU2029962C1 (en) | Method to determine difference in phase between two sinusoidal signals | |
RU2007736C1 (en) | Device for determination of phase shift between two sine signals | |
SU963042A1 (en) | Code-to-shaft angular position converter | |
RU2053595C1 (en) | Displacement converter | |
SU1501271A1 (en) | Displacement-to-a.c. signal phase converter | |
JPS63100824A (en) | Speed converter | |
SU1113830A2 (en) | Shaft turn angle encoder |