SU1034619A3

SU1034619A3 - Устройство дл измерени угла или угловой скорости

Info

Publication number: SU1034619A3
Application number: SU772536801A
Authority: SU
Inventors: А.Бергквист Ларс
Original assignee: 1Ларе А.Вергквйст (Швеци ) Vг -..
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1983-08-07
Also published as: FR2368012A1; SE402355B; GB1575967A; DE2746369A1; SE7611510L; JPS6149606B2; JPS5386240A; CA1125887A; US4172994A; FR2368012B1

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ИЛИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ,.содержащее подв1€жньй цилиндрический растр с эксцентрично расположенным грузом непрдвижный растр, источники света 1и фотоэлементы, отличающе - е с тем, что, с целью определени относительного направлени перемещени , неподвижный растр выполнен в виде двух экранов, на одном из которых нанесено меньшее, а на дру:гом - большее число делений на единицу длины, чем на подвижном растреI

Description

(/)

С

&0

4:

з: :о

Изобретение относитс к технике измерени и может быть использовано дл измерени угла или угловой скорости. В устройствах дл измерени углов или угловых скоростей электро ным способом часто используетс металлическое колесо с прорез ми по его окружности, в котором электрические и1и1пульсы генерируют посредст вом электромагнитного элемента, или колесо, на окружности которого имеютс немагнитные участки, равномерно распределенные по этой окружности и отделенные друг от друга ненамагниченными промежутками, где в электромагнитном приспособлении при вращении колеса генерируютс электр ческие импульсы. Известно устройство, в котором разделение окружности колеса на намагниченные и- ненамагниченные,участ ки или прорези, в случае использова ни колеса с прорез ми по окружности , при вращении которого импульсы генерируютс оптическим способом, что позвол ет получать точные данн об угловом положении колеса 1. Наиболее близким : к предлагаемо; му по технической сущности вл етс ;измеритель инфранизкочастотных пере ;мещений, содержащий подвижный ма тн :ковый рычаг, подвижный и неподвижный растры, источники света и фото элементы 2 3. I Известные устройства не позвол ю ;определ ть относительное направле ние перемещени . L Цель изобретени - определение относительного направлени перемещени . Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве, содержащем, подвижный цилиндрический растр с эксцентрично расположенным грузом, неподвижный растр, источники света и фотоэлементы, неподвижный растр выполнен в виде двух экранов, на одном из которых нанесено меньшее, а на другом - большее число делений на единицу длины, чем на подвижном растре. На фиг. 1 схематически изображено устройство в положении, параллельном оси колеса; на фиг. 2 и 3 то же,в положении, перпендикул рном оси колеса на фиг. 4 - устройство, включающее считываквдее приспособление на фиг. 5 - основна схема сое динений в соответствии с одним из вариантов изобретени ; на фиг. б устройство ,предназначенное дл конт ролировани . УГЛОВОЙ скорости на фиг. 7 - устройство, предназначенное дл измерени углов. Устройство содержит колесо 1 с осью 2. Окружность 3 колеса имеет цилиндра, к одной из кромок которого прикреплен колесный центр колеса 1, На внешней поверхности окружности 3 колеса 1 расположена перва часть узла датчика, состо ща из экранов 4, и 5. Параллельно окружности 3 колеса 1 и за ее пределами расположена втора часть узла датчика, состо ща из одного или нескольких экранов. Устройство содержит .также считывающее устройство, которое состоит из одного или нескольких светоизлучающих диодов б, предназначенных дл освещени экранов 4 и 5, и из одного или нескольких фототранзисторов 7 дл регис -рировани интерференционных картин, возникающих в то врем , когда колесо 1 , а вместе с ним и экран 4 первой части перемещаютс относительно экрана 5 второй части. Эти две части , на которых,имеютс экраны 4 и 5, а также окружность 3 колеса 1 изготавливаютс преимущественно из прозрачной пластмассы. Когда два экрана, состо щие из непрозрачных линий 8, разделенных прозрачными промежутками, перемещаютс относительно друг друга, то при визуальном наблюдении первого экрана через второй по вл ютс интерференционные картины, или, так называемые, муаровые картины. В зависимости от конструкции двух экранов можно вызывать по вление муаровых картин различных типов. Непрозрачные линии 8, св занные с экраном 4 первой части, расположены параллельно направлению движени окружности 3 колеса 1, а непрозрачные линии 8, св занные с экраном 5 второй части, расположены параллельно лини м 8 экрана первой части. Когда колесо 1, а вместе с ним и первый экран 4, поворачивае с или вращаетс и, тем самым, пере меща сь перпендикул рно экранным лини м 8 на втором экране 5, то при визуальном наблюдении первого экрана 4 через второй экран 5 возникает интерференционна картина, состо ща их перемещающихс широких темных полос 9 (фиг. 2). Экраны выполнены таким образом, что экран 4 первой части имеет число делений непрозрачных линий 8 на единицу длины, перпендикул рных лини м 8, которое отлично от числа делений экрана 5 второй части. Это различие в разделении достигаетс преимущественно тем, что непрозрачные экранные линии 8 на двух част х имеют одинаковую ширину, и тем, что ширина светлых или прозрачных линий на экране 4 первой части отлична от ширины линий на экране во второй части. Ширина непрозрачных линий 8, а также Аирина светлых или прозрачных линий на экране 4

первой части отлична от ширины лини экрана 5 второй части.

Кроме того, экраны 4 и 5 выполнены таким обраэом, что дл каждого экрана светлые или прозрачные линии имеют меньшую ширину, чем непрозрачные линии. В результате этого возникают отчетливые интерференционные картины. Если светлые или прозрачные линии имеют одинаковую ширину с йепроэрачньши лини ми или шире этих непрозрачных линий, то возникает Сравнительно нерезка интерференционна картина, что делает оптическое считывание менее точным.

Направление перемещени широких полос 9 зависит от того, какой из двухэкранов 4 и 5 имеет более плотное разделение. На фиг. 2 показан в виде примера вариант, в котором экран 5 второй части может иметь большее число непрозрачных линий на единицу длины,- перпендикул рных лини м 8, чем экран 4 первой части. В результате этого широкие полосы 9 перемещаютс в направлении указанном стрелкой 10, когда колесо поворачиваетс в направлении, указанном стрелками И к 12.

Когда экраны 4 и 5 первой и второй частей имеют различное разделение , широкие полосы 9 будут перемещатьс на рассто ние большее, чем то рассто ние, на которое переместилась окружность 3 колеса 1.

Таким образом, получают соотношение между рассто нием, на которое переместилась окружность 3 колеса 1 и рассто нием перемещени полос 9. Следовательно, перемещение окружности 3 колеса 1 можно считывать более точно с помощью перемещени полос 9, чем считыва его непосредственно с окружности 3 колеса 1.

Дл того, чтобы получить более высокое соотношение, т.е. когда дл определенного перемещени окружности колеса 1 через точку на экране 5 проходит большое число широких полос 9, различие в разделении на . полосы между экранами 4 и 5 двух частей должно быть небольшим. Когда , например, непрозрачные линии 8 на экранах 4 и 5 двух частей имеют одинаковую ширину, например 0,6 мм, а промежуточные светлые или прозрач|Ные линии имеют на одном экране ширину 0,5 мм, а на втором экране 0,3 мм, получают соотношение величин пор дка 10, т.е. широкие полосы перемещаютс по экранам 4 и 5 на рассто ние, которое в 10 раз Длиннее того рассто ни , на которое передвинулась окружность 3. Этот пример доказывает, что с помощью устройства можно получить значительно большую точность при измерении движени окружности 3 колеса 1, чем

тогда, когда измерение производитс непосредственно по окружности колеса.

Как ужа отмечалось, интерференционна картина считываетс с помощью одного или более светоизлучгиощих диодов 6 и фототранзистора 7,

В случае, когда перва и втора части состо т только из одного экрана , используютс один светоиЭлучающий диод 6 и один фототранзис-

0 тор 7.

I В соответствиии с первыл sapHjaHтом изобретени на экране 4 первой части датчика, установленной на окружности 3 колеса 1, прозрачные ли5 нии располагаютс между непрозрачными лини ми 8. Окружность 3 колеса J, выполнена из непрозрачного материала.

В данном случае светоизлучакхций диод 6 или светоизлучающие диоды ,

0 если на одной или на обеих част х

4и 5 узла датчика имеетс несколько экранов , устанавливаютс между окружностью 3 колеса 1 и его осью (фиг. 1). Фототранзистор 7

5 или фототранзистоЕ л, если на одной или на обеих част х 4 и 5 узла датчика имеетс несколько экранов,:., устанавливаютс на той же стороне экрана 5 второй части, котора об0 раццена наружу от колеса 1 (фиг.1). Светоизлучающий диод или светоизлучающие диоды могут быть установлены там, где находитс фототранзистор 7 или фототранзисторы, в соответствии

5 с вышеизложенным, и наоборот. Как видно из фиг. 1 экран 5 второй части перекрывает экран 4 первой части по длине, которс1Я значительно короче окружности колеса 1.

0

Лучи света от светоизлучающего диода б, таким образом, проход через прозрачную окружность 3 колеса 1 и экран 4, установленный на ней, и через экран 5 второй части

5 узла датчика, после чего лучи света встречают на своем пути фототранзистор 7.

В соответствии со вторым вариантом изобретени , экран 4 первой

0 части имеет светлые, но непрозрач пые , линии, расположенные между . непрозрачными лини ми 8, в то брем как экран 5 второй части имеет прозрачные линии, расположенные

5 между непрозрачными лини ми 8. Светоизлучающий диод 6 и фототранзистор 7 расположены на той стороне экрана

5второй части, котора обращена наружу от колеса 1. Лучи света от свё0 тризлучающего диода 6 в этом случае пЪоход т через экран 5 второй части, отражаютс экраном 4 первой части

и пропускаютс через экран 5 второй части, чтобы встретитьс с фототран-зистором 7.

5 Таким образом, п{зи движении окру ности колеса 1 р д перемещающихс темных полос 9 служит причиной того что свет от светомэлучакицего диода 6будет прюходить к фототранэистор5 7в виде импульсного света. Фототранзистор 7 преобразует эти световые импульсы в электрические, которые усиливаютс и обрабатываютс в электронной установке, пригодной дл этой цели. Дел экраны 4 и 5 двух частей так чтобы получить высокое соотношение такого типа, о котором здесь гово1)и лось выше, дл сравнительно неболь шого перемещени окружности 3 коле са 1 , от фототранзистора можно получить большое число электрических импульсов. Така высока точность . показаний в отношении перемещени окружности 3 колеса 1 обеспечиваетс устройством без предъ влени тре бований к тому, чтобы составные части устройства конструировались с соответствующей высокой степенью точности. Устанавлива экран 4 первой части на оси, св занной, например, с гидравлическим двигателем, при разделении , т.е. при рассто нии от центра непрозрачной линии -до центра соседней непрозрачной линии 0,08 мм и устанавлива над этим экраном экран 5 второй части, имеющей иное разделение, от фототранэистора получают импульсы с частотой 1000 Гц, когда гидравлический двигатель имее диаметр О,3 м и вращаетс со скоростью 5 об/мин. Таким образом, получают очень высокую степень трч ности в отношении числа оборотов оси. Дли того, чтобы получить высокую степень точности в соответствии с другим вариантом изобретени , экран 5 первой или второй части разделен на два экрана 5а и 5Ь.- Экран 5 второй части состоит из двух экранов 5а и 5bjс различным разделением, причем лини раздела между экранами , 5а и 5Ь перпендикул рна экранным лини м 8 и расположена симметрично второй части (фиг. 3). Один из двух -экранов 5а и 5Ь имеет разделение более плотТюё, чем разделение экрана 4 первой части, а второй из двух экранов 5а и 5Ь имее разделение более редкое, чем разде ление экрана 4 первой части. Если, например, один экран 5а (фиг. 3) имеет более плотное разделение, а Второй экран 5Ь имеет более редкое разделение, чем экран 4 первой части , то широкие полосы 9 на экране 5а перемещаютс в направлении, показанном стрелкой 13, а на втором экране 5t) перемещаютс в направлении , указанном стрелкой 14, когда окружность 3 колёса 1 перемещаетс в направлении, указанном стрелкой 15. Разделение двух экранов5а и 5Ь может иметь различную взаимосв зь с разделением экрана 4 первой части. В этом случае широкие полосы 9 будут перемещатьс более быст1 о по одному из двух экранов 5а и 5Ь. В указанном варианте изобретени предусматриваетс светоизлучающий диод б дл каждого из двух экранов 5а и , соответственно, дл каждого из двух экранов 5а и 5Ь предусматриваетс по одному фототранзистору 7. Возникающие две интерференционные картины дают возможность регистрировать также и направление перемещени окружности 3 колеса 1. Поскольку можно проводить сравнение фаз между лрум интерференционными картинами, то в данном случае можно получить более высокую степень точности , чем и первом варианте изобретени . На фиг. 4-6 изображено устройство , примен емое дл измерени как углового положени , так и угловой скорости. На фиг. 4 показано колесо 1 с осью. На окружности 3 колеса 1 имеетс экран 4 первой части, а экран 5 второй части находитс по соседству с окружностью колеса. Измерительна вилка 16 О-образной формы расположена так, что ее перва сторона 17 находитс между окружностью 3 колеса 1 и осью 2, а ее втора сторона 18 находитс за пределами окружности 3 колеса 1. Экран 5 второй части установлен между второй стороной 18 и окружностью 3 колеса . На фиг. 4 экран 5 второй части показан прикрепленным к второй стороне 18 измерительной вилки 16. В первой стороне измерительной вилки 16 установлен светоизлучающий диод, предназначенный дл того, чтобы посылать лучи света через экран 4 на-окружности колеса и экран 5 второй- части на фототранзистор 7, которалй находитс во второй стороне 18 измерительной вилки 16. Таким образом, при вращейии или повороте колеса 1 фототранзистор 7 будет получать световые импульсы с частотой, соответствук цей скорости прохождени светлых и темных участков интерференционной картины между светоизлучан цим диодом 6 и фототранзистором 7. Указанные импульсы вл ютс непосредственным мерилом скорости вращени или угловой скорости колеса 1 . На фиг. 5 показана в виде примера монтажна схема дл генирировани электрических импульсов. Светоизлучающий диод б и усилитель 19 получают напр жение, подводимое через шины питани . Свет 20, излучаемый светоизлучающим диодом б, проходит через первый и второй экраны 4 и 5 узла датчика и встерчает на своем пути фототранзистор 7. Получающийс в результате сигнал усиливаетс в трех каскадах усилител , каждый из которых включает в себ транзисторы 21 - 23 и резисторы 24 - 26. Конде сатор 27 вл тс конденсатором обратной св зи. Полученный таким образом сигнал вл етс амплитудно-ограниченным, что достигаетс с помощью амплитуд ного ограничител 28, состо щего и диода Зенера, соединенного параллельно относительно выхода 29. В устройстве, предназначенном дл использовани в цел х регулиро вани числа оборотов электродвигател (фиг. 6),узел датчика состоит из диска 30 или круглого сектора диска, который установлен неподвиж но, и из диска 31, который установ лен на валу 32 двигател 33. Экран 4 первой части узла датчика расположен на одной стороне диска 31 в виде полосы 34, наход щейс около окружности этого диска. Экран 5 второй части узла датчика располо«ен соответствующим образом на дру гом, неподвижном диске 30. Экранны линии двух частей 4 и 5 идут в радиальном направлении на дисках 30 и 31 или на круглом секторе диска Измерительна .вилка 16, одна сторона 17 которой включает в себ светоизлучающий диод, а друга сторона 18 включает в себ фототранзистор , охватывает диски 30 и 31 под опре деленным углом по окружнос ти. Светоизлучающий диод, таким образом, посылает лучи света от ОДНОЙ стороны измерительной вилки через два диска 30, 31 на фототран зистор, наход щийс в другой сторо не 18 измерительной вилки 16. При вращении вала 32 двигател 33 с определенной скоростью образуютс световые иьшульсы, встреча ют на своем пути, фототранзистор, .где они превращаютс в электрические импульсы, которые усиливаютс в усилителе 19. Усилитель 19 и сле дующий за ним ограничитель 28 амплитуды могут быть представлены типом, показанным на фиг. 5. Выходной сигнал из ограничител 28 ампли туды представл ет собой серию импульсов , частота которых пропорциоНсШьНа числу оборотов двигател . Частота импульсов сравниваетс в . регул торе 35 с номинальньм значени ем, после чего число оборотов двига тел регулируетс таким образом, чтобы частота, импульсов согласовывалась с номинальным значением. Устройство,предназначенное дл измерени углов фиг. 7), содержит колесо 1, снабженное осью 2,-установленной в задней стенке 36, и в передней стенке 37. Измерительна вилка 16 содержит в однЬй своей стороне 17 светоизлучающий диод, а в другой своей стороне 18 фототраизисто| . Вилка охватывает окружность 3 колеса 1,так, как это показано на фиг. 4. Экран 4 первой части узла датчика расположен на окружности 3 колеса 1, а экран 5 второй части узла датчика расположен между окружностью 3 колеса 1 и второй стороной 18 измерительной вилки 16 так, как это показано на фиг. 4. Колесо имеет груз 38 высокрй плотности, расположенный около его окружности, так что центр силы т жести колеса смещен радиально от оси 2 в сторону окружности колеса в направлении груза 38. Стенки 36 и 37 вместе с боковыми стенками (не показаны) образуют корпус 39, в котором заключены колесо 1 и измерительна вилка 16. В корпусе 39 размещены блок усилител и счетно-вычислительный блок счетчика, которые обозначены на фиг. 7 позицией 40, предназначенные дл усилени и подсчета импульсов, генерированных экранами, светоизлучающим диодом и фот6транзистор ом. ; Во врем измерени колесо 1 сначала стопоритс относительно корпуса 39 в положении, показанном на фиг. 7, с помощью стопора (не показан). После этого поверхность 41 устанавливаетс на поверхности, угловое положение которой, например, по отношению к горизонтальной площади , должно быть измерено. Стопор освобождаетс с тем, чтобы колесо 1 могло свободно вращатьс . Затем колесо 1 поворачиваетс таким образом , чтобы вертикальна лини проходила через центр, оси 2, и центр силы т жести колеса, который лежит на радиусе, проход щем через центр оси 2 и центр веса. При вращении колеса 1 генерируетс р д электрических импульсов, которые подсчитываютс в вычислительном блоке 40. Число импульсов пропорционально рассто нию , пройденному окружностью 3 колеса 1 относительно измерительной вилки 16, и, таким образом, образует меру угла, на который повернулась ось 2 колеса. Это вращение соответствует углу, на который повернулась ось 2 колеса и углу, на который поверхность 41 наклонилась в сторону горизонтальной плоскости. После того, как число импульсов будет подсчитано ,, полученный результат получает цифровое выражение с помощью техники и демонстрируетс , например, на индикаторном устройстве 42 в виде Цифр, показывак цих величину угла.

на который поверхность 41 наклонилась к горизонтальной плоскости.

При измерении угла с помощью предлагаемого устройства преимущественно используютс такие экраны, у которых экран второй части узла датчика состоит из двух экранов 5а и 5bi как это показано на фиг. 3, благТШар чему може быть оценено направление вращени колеса 1, а возможное качание колеса относительно положени равновеси может быть компенсировано с помощью вычислительного блока. Измерительна вилка 16 состоит из двух еветоизлучающих диодов и двух фототранзисторов, а блок 40 усилени и вычислени включа ет J3 себ известное электронное

оборудование, с помощью которого производитс указанна оценка. Кроме Tord в варианте изобретени , предназначенного дл измерени угловой скорости экран 5 второй части можетсосто ть-из двух экранов 5а и 5Ь чтобы иметь возможность оцекиBatb направление вращени колеса 1.

Как ,уже отмечалось, с помощью двух экранов 5а и 5Ь во второй части узла датчика можно получить более высокую степень точности в отношении измерени определенного угла вращени . Позтс лу во всех варианtax изобретени , о которых говорилось выше, может быть палезньж использс5ваиие такого узла датчика.

tt IS

Г

-a

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ИЛИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, содержащее подвижный цилиндрический растр с эксцентрично расположенным грузом; неподвижный растр, источники света 1и фотоэлементы, отличающе — е с я тем, что, с целью определения относительного направления перемещения , неподвижный растр выполнен в виде двух экранов, на одном из которых нанесено меньшее, а на другом - большее число делений на единицу длины, чем на подвижном растреI

Фиг. 7