Преобразователи угла в код, построенные по методу последовательного счета, страница 6

В фотоэлектрических преобразователях угла в код из-за наличия тока, протекающего через неосвещенный фотоэлемент (темнового тока), отношение полезного сиг­нала к помехе (сигналу от неосвещенного фотоэлемента) сравнительно невелико, что приводит к возможности по­явления ошибки в считываемом коде и снижает надеж­ность преобразователя. Для увеличения отношения сигнал/помеха используется мостовая схема считывания выходного сигнала, в одном из плеч которой включен эталонный фотоэлемент, имеющий постоянную и извест­ную освещенность, а в другом – фотоэлемент, освещае­мый через кодовый диск. Тогда в диагонали моста по­явится сигнал, пропорциональный разности сопротивле­ний двух фотоэлементов, т. е. сигнал, равный нулю, когда фотоэлемент, освещаемый через кодовый диск, имеет такую же освещенность, как и эталонный фото­элемент, и сигнал определенного уровня, когда освещенность фотоэлементов не одинакова. Такая схема удобна также из-за того, что если эталонный фотоэлемент на­ходится в тех же температурных условиях, что и все фотоэлементы в разрядах, использование мостовой схе­мы позволит уменьшить влияние изменений температуры.

Чтобы уменьшить сигнал на выходе преобразователя в интервалах между циклами преобразования (эти сиг­налы также являются помехой), можно применить моду­ляцию питания как источников света, так и фотоэлемен­тов. Импульсное питание фотоэлементов   целесообразно также с точки зрения облегчения последующего усиле­ния выходных сигналов преобразователя».

Рассматривая конструктивные вопросы построения фотоэлектрических преобразователей, следует отметить, что чем меньше отношение ширины окна в фотоэлементе к ширине элементарного участка младшего разряда ко­дового диска (кванта угла), тем круче фронт выходного сигнала, получающегося при движении диска с постоян­ной скоростью.

При выборе источника света нужно иметь в виду, что применение ламп накаливания для многоразрядных ко­дирующих дисков требует применения специальных оптических устройств для обеспечения одинаковой осве­щенности диска вдоль радиальной щели. Наличие этих устройств приводит, естественно, к усложнению и удоро­жанию преобразователя, а также к увеличению его габа­ритов и массы. С другой стороны, применение непрерыв­ного источника света допускает считывание кода практически с любой частотой, в то время как частота считывания кода у преобразователя, имеющего импульс­ный источник света, определяется допустимой частотой вспышек импульсной лампы (около сотен и тысяч герц).

В ряде конструкций фотоэлектрических преобразова­телей оптическая система состоит из двух последователь­но установленных щелей, что позволяет сузить луч до очень малых размеров (до 0,018 мм). В целях исключе­ния оптических перекрестных искажений между разряда­ми в ряде случаев щелевая система делится поперечно с помощью сепараторных элементов, установленных рядом с разрядами на диске. Обычно щели, как и кодовый диск, изготовляются из оптического стекла.

Размеры кодового диска фотоэлектрических преобра­зователей угла в код в основном определяются мини­мально допустимым размером луча (оптической щели). Основное условие выбора ширины площадки единицы младшего разряда  заключается в удовлетворении условия , где  – ширина оптической щели. Так как возможные минимальные размеры щели и площадки единицы младшего разряда в кодовом диске значительно меньше размеров элементарных участков в преобразова­телях угла в код, построенных на других физических явлениях, то и общие размеры фотоэлектрического пре­образователя меньше, чем у других видов преобразователей угла в код (при одинаковом числе разрядов). Бо­лее подробно с конструктивными разновидностями и ме­тодами изготовления фотоэлектрических преобразовате­лей угла в код можно познакомиться в [14 и 32].

Индуктивные и трансформаторные пре­образователи. В индуктивных и трансформаторных преобразователях для получения выходного кода, соответствующего положению входной оси, на которой за­креплен вращающийся элемент преобразователя, исполь­зуются либо изменение результирующего магнит­ного потока в магнитной цепи чувствительного эле­мента за счет образования вихревых токов в не­магнитном электропро­водном материале кодовой дорожки, либо изме­нение магнитного сопро­тивления магнитопровода чувствительного элемента при введении в воздуш­ный зазор материала с высокой магнитной про­ницаемостью.

Трансформаторный преобразователь состоит из кодового диска, у кото­рого чередуются окна и перемычки, и чувствительных элементов трансформаторного типа (рис. 5). Обмотки трансформаторного чувствительного элемента посажены на два сердечника П–образной формы. Кодовый диск, вы­полненный из немагнитного материала с высокой элект­ропроводностью, проходит в воздушном зазоре между этими сердечниками. При перемещении магнитного экра­на в воздушном зазоре изменяется результирующий маг­нитный поток за счет противопотока, который наводится вихревыми токами в перемычках кодового диска.

Кратковременные импульсы тока, проходя через об­мотку одного сердечника, наводят магнитный поток, ко­торый замыкается через воздушный зазор и второй сердечник. При этом в обмотке второго сердечника на­водится ЭДС, обозначающая 1 в выходном коде. Если же воздушный зазор перекрыт перемычкой, то при прохождении импульса тока через обмотку первого сердечника в перемычке образуются вихревые токи, оказываю­щие размагничивающее действие на основной магнитный поток. При этом магнитный поток во втором сердечнике мал, что приводит к падению ЭДС во второй обмотке (0 в выходном коде).

Зазор между сердечниками катушек выбирается мини­мально возможным, так как в этом случае удается по­высить уровень сигнала на выходе катушек считывания или уменьшить размеры сердечников, а тем самым и диаметр диска, т. е. габариты устройства. Минимально возможный зазор определяется толщиной диска и воз­можной точностью выполнения устройства. Толщина диска определяет его прочность. Выполняемые в настоя­щее время диски трансформаторных преобразователей имеют толщину 0,5–1 мм. Это позволяет обеспечить за­зор между сердечниками катушек 0,8–1,1 мм.