Преобразователи угла в код, построенные по методу последовательного счета, страница 2

В преобразователе, построенном на основе сеточных дифракционных решеток, число и размеры рисок на обо­их дисках одинаковы. Плоскости дисков параллельны и по одну сторону от них расположен источник света с оп­тической системой, а по другую — фотоэлемент, воспри­нимающий световой поток, проходящий через несколько участков между рисками. В зависимости от угла пово­рота входной оси, т. е. от взаимного расположения дисков, изменяется световой поток, попадающий на фото­элемент.

Когда риски на обоих дисках совпадают, поток максимален, а при полном несовпадении положения ри­сок минимален. Таким образом, при повороте входной оси на квант, т. е. на угол, соответствующий расстоянию между соседними  рисками,  поток изменяется от минимального до максимального значения, что вызывает по­явление выходного импульса с фотоэлемента.

В преобразователях с дифракционными решетками верньерного типа число рисок на дисках неодинаково, из-за чего появляются зоны максимального и минималь­ного значений светового потока, попадающего на фото­элемент. При повороте входной оси эти зоны перемеща­ются по окружности неподвижного диска, причем каж­дому кванту соответствует перемещение на одну зону. Фотоэлемент улавливает эти перемещения и посылает сигналы на выход преобразователя, т. е. на счетчик.

Наибольшее распространение получили преобразова­тели, в которых используются дифракционные решетки муарового типа; этот тип преобразователей описан в до­статочно большом числе работ, наиболее фундаменталь­ной из которых является [32]. С учетом достаточно сложного характера процессов в этом типе преобразо­вателей угла в код приведем упрощенное описание прин­ципа его действия. Детальное описание построения это­го типа преобразователей можно найти в [32].

На обоих дисках дифракционных решеток муарового типа риски расположены через одинаковые промежутки, но на неподвижном диске они скошены относительно ри­сок подвижного диска. Из-за наличия этого скоса при освещении дисков появляются светлые и темные концен­трические окружности, называемые муаровыми полоса­ми. При вращении входной оси муаровые полосы пере­мещаются в радиальном направлении, что фиксируется фотоэлементами.

Благодаря тому, что риски могут наноситься на по­верхность диска с очень высокой плотностью (сотни и тысячи рисок на 1 мм), преобразователи с дифракцион­ными решетками отличаются чрезвычайно высокой точ­ностью. Обычно преобразователи угла в код с дифрак­ционными решетками используются в ограниченном диа­пазоне преобразуемых углов и являются дополнением к грубому преобразователю угла в. код. Благодаря этому в преобразователях угла в код с дифракционными ре­шетками используется только часть диска, соответствующая разрешающей способности грубого преобразова­теля угла в код. На этом закончим описание преобра­зователей угла в код, основанных на методе накоп­ления, и отметим основные свойства этого вида АЦП:

1.  Относительная простота конструкции.

2.  Сравнительно   высокая   точность   преобразовате­лей, в первую очередь зависящая от числа элементарных участков, на которые разбита шкала. Точность накапли­вающих преобразователей молено повысить при исполь­зовании нескольких чувствительных элементов, сдвину­тых на доли элементарного   участка. При этом в принципе разрешающая способность преобразователя может увеличиваться в р раз, где р – число чувствитель­ных элементов. Точность преобразователей можно уве­личить, применяя двухотсчетную систему. Однако   это связано с применением редукторов, что приводит к уве­личению момента   нагрузки входной оси и появлению дополнительной ошибки за счет люфта в редукторе.

3.  Малое время преобразования, так как показания со счетчика могут быть сняты в любой момент времени (вопрос о неоднозначности считывания    рассмотрен в гл. 3).

4.  Возможность появления систематической ошибки, искажающей показания всех последующих отсчетов.

Учитывая то, что накапливающие преобразователи за последние годы стали реже применяться, ограничимся приведенным описанием основных принципов построения этих АЦП.

Рассмотрим циклические преобразователи угла в код, которые в каждом цикле преобразования выдают код, соответствующий текущему значению входного угла, и результат преобразования в каждом из циклов не за­висит от того, как было произведено преобразование в остальных циклах. В этом типе АЦП осуществляется циклическая развертка входного угла в пространстве или во времени. В первом случае чувствительный эле­мент периодически (в каждом цикле) проходит от фиксированного углового положения, принимаемого за нулевое, до текущего значения угла. При этом на счет­чик от чувствительного элемента подаются импульсы, число которых равно   числу пройденных квантов.

Даже из этого краткого описания ясны технологиче­ские сложности, связанные с реализацией этого метода, так как требования высокой точности, простоты конст­рукции и малого времени преобразования являются противоречивыми. Действительно, для получения высокой точности необходимо разбить полный диапазон измене­ния входного угла на большое число квантов. Например, для преобразования с максимальной погрешностью 20 угловых секунд и максимальным значением входного угла 360° необходимо иметь 360·60·3=64800 квантов, что при диаметре шкалы 100 мм приводит к размеру кванта менее 0,005 мм. Если считать, что первый каскад счетчика допускает поступление импульсов с интерва­лом 0,1 мкс, то длительность цикла преобразования бу­дет более 6 мс. Из этого примера видно, что данный тип АЦП может быть рекомендован к применению только для некоторых особых случаев. Так, например, циклические преобразователи с пространственной разверткой используются для измерения угловых координат цели в обзорных радиолокационных станциях или в других устройствах с постоянно вращающимися элементами.