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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.