Преобразователи угла в код, построенные по методу последовательного счета, страница 5

Во всех рассмотренных выше преобразователях ме­тод считывания практически не использовался, поэтому целесообразно напомнить его основные особенности. Для осуществления метода считывания необходимо создать эталонную шкалу, деления которой различаются на квант. Входная величина сравнивается с делениями этой шкалы; для осуществления этого сравнения необходимо иметь столько же сравнивающих устройств, сколько име­ется делений на шкале. При  разрядах в выходном коде число делений и сравнивающих устройств будет . Классический метод считывания может быть несколько рационализирован, если вместо одной шкалы с деления­ми, отстоящими на , взять  шкал с диапазоном пре­образования , у которых деления будут нанесены через , где  – номер данной шкалы 0, 1, 2, … , . Такой метод никак не упростит технику создания шкал, так как все равно необходима шкала, у которой деления отстоят на , но зато значительно упростится техника получения кода, так как с каждой из шкал может быть получена цифра данного разряда кода. Одновременно при этом потребуются только  сравнивающих устройств (чувствительных элементов), выявляющих цифру в дан­ном разряде кода. Именно по такому варианту выполняются преобразователи угла в код, использующие метод считывания.

Таким образом, преобразователи указанного типа со­стоят из трех основных частей: задающего элемента (квантованной шкалы), чувствительных элементов (уст­ройств сравнения) и элементов усиления и преобразова­ния первичного сигнала. При преобразовании угла в код методом считывания могут использоваться самые различ­ные физические явления, что обусловливает разнообра­зие форм построения задающего и чувствительного элементов. В настоящее время на практике наиболее распространены фотоэлектрические, индуктивные и трансформаторные преобразователи. Далее будут приве­дены примеры построения этих видов преобразователей, однако, с учетом наличия специальной литературы, в которой описаны отдельные виды преобразователей угла в код [3, 14 и 32], в данном параграфе основное внимание будет уделено пояснению принципов построения от­дельных видов преобразователей считывания.

Фотоэлектрические преобразователи в настоящее время имеют наибольшее распространение среди преобразователей угла в код. Это объясняется, во-первых, рядом положительных качеств этих преобразо­вателей (малым моментом инерции, малым моментом трения и т. д.) и, во-вторых, тем, что благодаря совершенной технологии производства элементов этих преобразователей удается добиться высокой точности при сравнительно небольших габаритах преобразователя.

В фотоэлектрических преобразователях в качестве за­дающего элемента используется кодовый диск, выпол­ненный из оптического стекла, на который нанесена ко­довая маска в виде сочетания прозрачных и непрозрач­ных участков. В качестве чувствительных элементов применяются фотоэлементы, располагаемые обычно по радиусу диска. Свет от источника проходит через оптиче­ское устройство, формирующее луч считывания, и кодо­вый диск и попадает на фотоэлементы. Если между источником света и фотоэлементом находится прозрач­ный участок диска, то фотоэлемент будет находиться в проводящем состоянии, что соответствует наличию 1 в данном разряде кода. Если же между источником света и фотоэлементом находится непрозрачная площадка, то последний не будет проводить и это состояние будет со­ответствовать 0.

По сравнению с другими видами преобразователей считывания фотоэлектрические преобразователи облада­ют определенной спецификой, связанной с особенностями используемого физического явления и выдвигающей сле­дующие схемные и конструктивные проблемы при реали­зации этого вида преобразователя угла в код;

1)  выбор варианта взаимного расположения источни­ка света, оптического устройства, кодового диска и фото­элементов;

2)  согласование спектральных характеристик источ­ника света и фотоэлементов;

3)  обеспечение большого отношения полезного сигна­ла к помехе.

Далее будет произведен краткий анализ путей реше­ния указанных проблем.

Для считывания многоразрядного кода с кодового диска необходимо создать луч света по линии считыва­ния, проходящей через все  разрядов. Линейный луч считывания может быть сформирован одним из трех способов  (вариантов):

а)  линейный источник света и оптическая щель (рис. 4);

б)  точечный источник света, оптическая  система, создающая световой луч в виде линии для всех разря­дов, и оптические щели (од­на или две) для   придания лучу нужной ширины;

в)  несколько точечных источников света и несколь­ко оптических систем.

Выбор одного из указан­ных вариантов формирова­ния линии считывания опре­деляется использованным источником света (газораз­рядные лампы, лампы накаливания и дуговые лампы) и связанными с ним конструктивными и схемными сооб­ражениями.

При выборе источников света и фотоэлементов (фотодиодов, фототриодов и фотосопротивлений) необходимо стремиться к тому, чтобы их спектральные характерис­тики были согласованы, т. е. чтобы максимумы относи­тельной интенсивности излучения у источника света и относительной чувствительности у фотоэлемента были возможно ближе по спектру. Опыт показывает, что лам­пы накаливания хорошо сочетаются по спектру с фото­сопротивлениями из сульфида свинца, а импульсные газоразрядные и дуговые лампы – с германиевыми фотодиодами и фотосопротивлениями из сульфида свинца и селенистого кадмия. Кроме того, при выборе источника света и фотоэлемента следует стремиться к сужению их спектральных характеристик, так как расширение поло­сы излучаемых частот у источника света приводит к снижению КПД лампы, а расширение спектральной ха­рактеристики у фотоэлемента увеличивает мощность помех на выходе схемы.