Преобразователи угла в код, построенные по методу последовательного счета, страница 7

Трансформаторные преобразователи имеют меньшие моменты трения и инерции, чем все остальные типы пре­образователей угла в код. Однако в них значительно труднее, чем в фотоэлектрических, обеспечить большое число разрядов при относительно небольших габаритах, из-за чего они обычно выполняются многоступенчатыми, т. е. используется несколько преобразователей угла в код, соединенных редуктором. При этом каждая ступень, т. е. каждый из преобразователей, выполняется на 7–8 двоичных разрядов. Трансформаторным преобразовате­лям свойствен еще ряд недостатков, главными из кото­рых являются чувствительность к вибрации и изменению температуры окружающей среды, а также малое значе­ние отношения сигнал/помеха (примерно 3–4). Из-за этих недостатков в последнее время трансформаторные преобразователи используются сравнительно редко.

Индуктивные преобразователи угла в код имеют большое число конструктивных вариантов. Основной ва­риант конструкции индуктивного преобразователя осно­ван на использовании свойства изменения индуктивности датчика при изменении сопротивления его магнитной цепи. Задающая система таких преобразователей пред­ставляет собой барабан из немагнитного материала (обычно дюралюминия). На боковой поверхности бара­бана нанесен рисунок кода путем вклеивания или впрес­совывания кусков ленты из пермаллоя или ХВП. Эти участки соответствуют значению кода в данном разряде. Изменения магнитного сопротивления добиваются замы­канием и размыканием магнитной цепи указанными эле­ментами задающей системы, которые в этом случае являются как бы якорем датчика. Чувствительными эле­ментами в разрядах являются индуктивные датчики, выполненные в виде катушки с сердечником из ферромагнитного материала (пермаллоя или ХВП). Разряд­ные чувствительные элементы устанавливаются вдоль образующей барабана над соответствующими кодовыми дорожками на барабане.

В качестве примера на рис. 6, а приведена конст­руктивная схема серийно выпускаемого индукционного преобразователя угла в код типа ДП-5 [36]. Преобразо­ватель состоит из корпуса 1, на котором крепятся ин­дуктивные считывающие (чувствительные)) элементы 4, кодового барабана 2 и крышек. Кодовый барабан явля­ется цилиндром, выполненным из того же материала, что и корпус; это позволяет уменьшить изменение зазора между барабаном и корпусом при различных значениях окружающей температуры. На поверхность барабана напрессовывается втулка 3 из пермаллоя (80НХС), являющаяся собственно кодовым барабаном и обеспечи­вающая изменение сопротивления магнитной цепи при повороте входной оси. Внешняя поверхность втулки с помощью канавок разбита на восемь дорожек шириной 2,5 мм (по числу разрядов в выходном коде преобразо­вателя). Над каждой дорожкой расположен считываю­щий элемент данного разряда 4. Для отображения кода поверхность втулки имеет выступы и впадины (в соответ­ствии с отраженным двоичным кодом).

Индуктивный считывающий элемент (рис. 6, б) представляет собой малогабаритный импульсный транс­форматор на П–образном оксиферовом сердечнике. На сердечнике 1 закреплены обмотки опроса, компенсации и рабочая обмотка 2. При считывании кода в обмотку опроса подается импульсное напряжение; выходной сиг­нал снимается с обмоток компенсации и рабочей, кото­рые соединены последовательно и встречно. С целью повышения надежности работы считывающего элемента и улучшения его разрешающей способности оксиферовый сердечник с обмотками помещен в корпус 3 из алюми­ния. При этом концы сердечника составляют одну плос­кость с торцевой поверхностью корпуса считывающего элемента. Зазор между чувствительным элементом и поверхностью кодового барабана составляет 25 – 50мкм.

Физические принципы работы ДП-5 соответствуют общепринятым для индуктивных преобразователей угла в код: при изменении входного угла кодовый барабан изменяет свое положение относительно считывающих элементов, что приводит к изменению магнитного сопро­тивления цепи считывающих элементов, а следовательно, к изменению амплитуды выходных сигналов, снимаемых с рабочих и компенсационных обмоток чувствительных элементов.

При считывании информации с преобразователя им­пульсы опроса от специального генератора поступают на последовательно соединенные обмотки опроса всех чув­ствительных элементов. Выходной код снимается в па­раллельной форме со всех рабочих обмоток разрядных чувствительных элементов. Амплитуда и длительность выходных импульсов зависят от многих факторов, глав­ными из которых являются: параметры импульсов опро­са, форма и материал сердечника и воздушный зазор между барабаном и чувствительными элементами. Оче­видно, что на параметрах выходного импульса может сильно сказываться биение (эксцентриситет) поверхно­сти кодирующих элементов. Для исключения этого явле­ния применяют шлифование поверхности кодирующих элементов в собственных подшипниках, что обеспечивает допуск на биения 5 мм.

В некоторых случаях для считывания информации применяется мостовая схема, на одну из диагоналей которой подается напряжение с частотой 20 – 30 кГц. Тогда рабочая обмотка включается в одно из плеч моста, а в три других плеча включаются одно постоянное и два переменных сопротивления (последние необходимы для начальной балансировки).

Если под чувствительным элементом находится часть поверхности барабана из немагнитного материала, то мост сбалансирован и на его выходе будут только шумы в виде малых по амплитуде высших гармонических со­ставляющих; такое положение входной оси соответству­ет 0 в данном разряде. Если же под чувствительным элементом находится пластинка из магнитного материа­ла, то из-за уменьшения индуктивного сопротивления ка­тушки чувствительного элемента мост разбалансируется и с его диагонали будет сниматься большое напряжение; очевидно, что такое, положение входной оси будет соот­ветствовать 1 в данном разряде.