Перетворювачі кута повороту в код

Широке розповсюдження отримали перетворювачі кутових переміщень в код, що уявляють собою кодуючий диск, який закріплений на валу вимірювального механізму.

Диск розбивається на концентричні кола, число яких дорівнює числу розрядів коду. На ці кола наносяться зображення коду. При повороті диска зчитуючий пристрій, що є нерухомим, фіксує код, який відповідає куту повороту диска. Диск для 5–розрядного двійкового коду наведений на рис. 3.

Зчитуючий пристрій для кодуючих дисків буває контактним, фотоелектричним та ін. При використанні контактного зчитуючого пристрою струмопровідні частини диска (на рис. затемнені) виготовляються з металу, а неструмопровідні (на рис. білі) – з ізоляційних матеріалів. Зчитуючим пристроєм слугують контакти, що ковзають по кільцям диску. При виготовленні фотоелектричного зчитуючого пристрою затемнені частини диска (маска) виготовляються непрозорими для світла, а білі – прозорими (звичайно скло). Затемнені частини диска відповідають 0, а білі – 1. Диск з одного боку освітлюється світлом. З іншого боку диска розташовані нерухомі фоточутливі елементи (фоторезистори або фотодіоди). При кожному положенні диска освітлюються тільки ті фотодіоди, які відповідають 1.

Рис. 3. Кодуючий диск

Через неточне нанесення масок, а також неточне розташування зчитуючих пристроїв при зчитуванні кодів можуть виникати помилки. Наприклад, при переході від коду 00101 (рис. 3–а) до наступного коду при збільшенні кута повороту диска можуть бути помилково прочитані коди 00100 і 00111. Ще більша помилка може вийти при помилковому зчитуванні кодів 11111 (десяткове число 31) і 00000 (нуль). Для запобігання таких помилок були створені спеціальні коди для нанесення масок. До них відносяться циклічні коди, код Грея і ін. Диск з нанесеним циклічним кодом представлений на рис. 3–б, а значення циклічних кодів для чисел від 0 до 15 приведені в таблиці 18.

По таблиці, а також зображенням коду на диску можна встановити, що помилка зчитування тут не перевищує одного кроку квантування, оскільки коди, розташовані на межі, відрізняються один від одного тільки на один молодший розряд.

Крім дискових перетворювачів широке розповсюдження отримали перетворювачі фаза–часовий інтервал–код, у яких кутова величина спочатку перетворюється в кут зсуву фаз за допомогою фазообертувачів. На валу в таких перетворювачах встановлюються фазообертувачі, такі як сельсини, магнесини, трансформатори, що обертаються. Зсув фаз між опорною синусоїдальною напругою і напругою, що знімається з вихідної осі фазообертувача, пропорційний куту повороту фазообертувача. Схема такого перетворювача наведена на рис. 4.

Таблиця 1.

Таблиця відповідності десяткового числа, двійкового числа і циклічного коду.

Десяткове число	Двійкове число	Циклічний код	Десяткове число	Двійкове число	Циклічний код

Рис. 4. Схема (а) і часова діаграма (б) перетворювача кута повороту в код:

Фоб – фазообертувач; СВН ₁, СВН ₂ – схеми виділення нуля; ТТ ₁, ТТ ₂ – тригери; І (&)₁, I (&)₂ – схеми І; ДЦ – датчик циклів; ГІ – генератор імпульсів; U ₀ – опорна напруга; СТ – лічильник.

Перетворювач працює так. Імпульс датчика циклів встановлює лічильник СТ в нульовий стан і по задньому фронту синхросигналу СС перекидає тригер ТТ ₁, який тим самим відкриває шлях для проходження старт-імпульсу через схему співпадання І (&)₁. Після подачі старт-імпульсу тригер ТТ ₁ перекидається в початковий стан і не дає можливості пройти наступним старт-імпульсам за цей же цикл перетворення. Старт-імпульс, пройшовши схему співпадання І (&)₁, перекине тригер ТТ ₂, в результаті чого відкриється схема співпадання І (&)₂ і імпульси від генератора імпульсів ГІ надійдуть на лічильник СТ. Імпульси на лічильник будуть надходити доки від СВН ₂ не надійде стоп-імпульс, який перекине тригер ТТ ₂ у початковий стан; в результаті припиниться надходження імпульсів від ГІ на лічильник через схему збігання І (&)₂.

Часові діаграми роботи цього перетворення наведені на рис. 4-б.

На практиці така схема забезпечує перетворення кута повороту вимірюваної осі в діапазоні 0° ¸ 360° з точністю 8–9 двійкових розрядів. Для підвищення точності перетворення застосовують двовідлікові перетворювачі, які дозволяють отримати точність перетворення до 12–13–го розрядів. В деяких випадках використовують і трьохвідлікові схеми перетворення, які забезпечують перетворення кута повороту з точністю 16–17 двійкових розрядів. Однак таким схемам перетворювачів притаманна певна складність електромеханічних пристроїв, де потрібне конструювання як високоточних редукторів і датчиків–фазообертувачів, так і електронних схем, які повинні забезпечити об’єднання кодів, отриманих від лічильників точного і грубого відліків схеми перетворювача.