Глава 3_2

Сентябрь 8, 2022

Содержание

2. ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОБЛАСТЬ ЦИТ Содержание: Объекты и шкалы пространственнóй области Преобразователи положение→код (абсолютные) с кодовыми
3. ОБЪЕКТЫ ПРОСТРАНСТВЕННǑЙ ОБЛАСТИ В пространственной области мы имеем дело с относительными положениями и относительными перемещениями твёрдых,
4. СХОДСТВО И РАЗЛИЧИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВРЕМЕННǑЙ ОБЛАСТЕЙ ЦИТ Во временнóй области мы рассматривали одномерные явления. Положение
5. Во временной области ЦИТ рассматривались шкалы стробов для датирования событий и импульсные шкалы для измерения интервалов.
6. Во временной области большую роль играют колебательные процессы, на основе которых формируются шкалы высокой равномерности. В
7. Во временной области представление колебательного процесса вращающимся вектором наводило на мысль о возможности использования вещественной и
8. Во временной области ЦИТ мы рассматривали прямые и обратные преобразования: длительность→код и код→длительность, частота→код и код→частота.
9. ВИДЫ ШКАЛ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОБЛАСТИ Бóльшая часть шкал пространственной области представляет собой кодовые маски, получившиеся развитием шкал
10. ЧТО ЖЕ БУДЕТ РАССМАТРИВАТЬСЯ В ЭТОЙ ГЛАВЕ? (последнее подразделение с точки зрения принципов преобразования наименее важно)
11. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОЛОЖЕНИЕ→КОД С КОДОВЫМИ МАСКАМИ Преобразователи с масками содержат одну или несколько круговых или линейных дорожек,
12. Диск, кодированный натуральным двоичным кодом. Тёмные участки − двоичные нули, светлые − единицы Одна из опасных
13. Рейка, кодированная кодом Грея Светлые участки − двоичные нули, тёмные − единицы Однопеременный код Грея исключает
14. Расщепление воспринимающих элементов (U-расположение) Тёмные участки − двоичные нули, светлые − единицы При четырёх разрядах самая
15. Абсолютный энкодер СКБ ИС
16. Абсолютный энкодер фирмы Autonics
17. СИНУСНО-КОСИНУСНЫЕ СИГНАЛЫ Пара сигналов постоянного или переменного тока, изменяющихся как Umsinx и Umcosx, позволяет найти измеряемую
18. Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы − СКВТ (resolvers) Пример − продукция СКБ ИС
19. Следующие иллюстрации − из статьи:
20. Что такое СКВТ
21. Сигналы СКВТ
22. Получение цифрового отсчёта с помощью СКВТ
23. Принцип обработки сигналов СКВТ следящей системой
24. Математическая основа обработки
25. Микросхема с аналоговой обработкой сигналов СКВТ
26. Навесные элементы аналоговой обработки сигналов СКВТ
27. Соединение СКВТ с микросхемой AD2S80A
28. Более современная микросхема
29. Соединение СКВТ с микросхемой AD2S1210
30. Имитация сигналов инкрементного энкодера в микросхеме AD2S1210
31. Следящая система − не единственный способ преобразования сигналов СКВТ Например, возможен перевод пространственной фазы во временную
32. Наряду с СКВТ для преобразования могут использоваться сельсины Сельсин (synchro) отличается от СКВТ трёхфазной системой выходных
33. ПРИМЕНЕНИЯ ИНКРЕМЕНТНЫХ ЭНКОДЕРОВ
34. Инкрементный энкодер СКБ ИС 1080000 : 360 = 3000 импульсов на градус или 50 импульсов на
35. Инкрементный энкодер фирмы Autonics
36. Одноразрядная двоичная шкала в инкрементном преобразователе (по книге: Кнорринг 2003) Наличие двух воспринимающих элементов A и
37. Аппаратная обработка сигналов инкрементного датчика По книге: Кнорринг В.Г. Цифровые средства измерений с пространственными инкрементными шкалами.
38. Программная обработка сигналов инкрементного датчика Сигналы инкрементного датчика вводятся в микроконтроллер с такой частотой, чтобы при
39. Предыдущее Текущее a b a b 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
40. Инкрементные преобразователи с синусно-косинусными сигналами Индуктосины Оптические растровые сопряжения Интерферометры (Коронкевич, Ленкова. Новосибирск, 1971)
41. Получение синусно-косинусных сигналов в оптическом растровом сопряжении В настоящее время предпочитают сопряжения с одинаковым периодом штрихов
42. Интерполяция синусно-косинусных сигналов инкрементных преобразователей Интерполяция путём синтеза сдвинутых сигналов (Вульвет)
43. Интерполяция путём формирования треугольного и постоянных опорных сигналов (Opton Zeiss) Промышленное изделие. Получено 80 импульсов на
44. Интерполяция путём компарирования выпрямленных и делённых сигналов (Кафедра ИИТ ЛПИ) S − синусный сигнал C −
46. Скачать презентацию

Слайд 2

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОБЛАСТЬ ЦИТ
Содержание:
Объекты и шкалы пространственнóй области
Преобразователи положение→код

(абсолютные) с кодовыми масками
Преобразователи положение→код (абсолютные) с синусно-косинусными сигналами
Преобразователи перемещение→код (инкрементные) с кодовыми масками
Преобразователи перемещение→код (инкрементные) с синусно-косинусными сигналами

Слайд 3

ОБЪЕКТЫ ПРОСТРАНСТВЕННǑЙ ОБЛАСТИ
В пространственной области мы имеем
дело с относительными положениями

и
относительными перемещениями
твёрдых, жидких (в уровнемерах и
расходомерах) и газообразных (в анемометрах)
тел, а также с положениями векторов
физических полей (например, с направлением
силы тяжести в инклинометрах).

Слайд 4

СХОДСТВО И РАЗЛИЧИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВРЕМЕННǑЙ ОБЛАСТЕЙ ЦИТ
Во временнóй области мы

рассматривали одномерные явления. Положение события характеризовалось одним числом − датой.
В пространственной области положение твёрдого тела характеризуется шестью числами: тремя линейными и тремя угловыми координатами. Однако в ЦИТ непосредственно измеряется какая-то одна координата.

Слайд 5

Во временной области ЦИТ рассматривались шкалы стробов для датирования событий и

импульсные шкалы для измерения интервалов.
Аналогично в пространственной области ЦИТ существуют абсолютные преобразователи для определения положений и инкрементные преобразователи для измерения перемещений.

Слайд 6

Во временной области большую роль играют колебательные процессы, на основе которых

формируются шкалы высокой равномерности.
В пространственной области тоже могут использоваться колебательные процессы − в оптических и акустических интерферометрах, в акустооптических преобразователях, разработанных
В.И. Телешевским в московском СТАНКИНе. Но они пока не получили массового применения.

Слайд 7

Во временной области представление колебательного процесса вращающимся вектором наводило на мысль

о возможности использования вещественной и мнимой составляющих сигнала для определения мгновенного положения вектора. Но при этом возникали большие трудности.
В пространственной области есть устройства с синусно-косинусными сигналами, обработка которых не представляет трудностей.

Слайд 8

Во временной области ЦИТ мы рассматривали прямые и обратные преобразования: длительность→код

и код→длительность, частота→код и код→частота.
В пространственной области принципы преобразования код→перемещение известны, но практически для задания перемещения подвижной части станка или робота используют шаговые двигатели или перемещают подвижную часть до совпадения измеренного перемещения с заданным. Обратные преобразования для малых перемещений здесь рассматривать не будем.

Слайд 9

ВИДЫ ШКАЛ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОБЛАСТИ
Бóльшая часть шкал пространственной области представляет собой кодовые

маски, получившиеся развитием шкал и лимбов, которые применялись ранее в приборах. Они требуют разметки.
Пространственные шкалы можно строить путём обработки синусно-косинусных сигналов различных преобразователей.
Выше упоминались естественные шкалы, основанные на волновых процессах. Они близки к предыдущим.
В книге: Кнорринг В.Г. Цифровые средства измерений с пространственными инкрементными шкалами. − Л.: Изд-во ЛПИ им. М.И. Калинина, 1977. − 82 с. рассматривались репродукционные шкалы, получающиеся повторным откладыванием некоторого заданного расстояния. Здесь мы не будем их касаться.

Слайд 10

ЧТО ЖЕ БУДЕТ РАССМАТРИВАТЬСЯ В ЭТОЙ ГЛАВЕ?
(последнее подразделение с точки зрения

принципов преобразования наименее важно)
Абсолютные и инкрементные преобразователи
с кодовыми масками называют энкодерами − encoders

Слайд 11

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОЛОЖЕНИЕ→КОД С КОДОВЫМИ МАСКАМИ
Преобразователи с масками содержат одну или несколько

круговых или линейных дорожек, разбитых на участки, различающиеся физическими свойствами:
проводящие и непроводящие;
прозрачные и непрозрачные;
экранирующие и неэкранирующие
и т. п.
Эти свойства воспринимаются соответствующими воспринимающими элементами − контактными («щётками»), фотоэлектрическими, трансформаторными...
Кодирование может быть выбрано любым; преобразование может быть нелинейным (функциональным).

Слайд 12

Диск, кодированный натуральным двоичным кодом.
Тёмные участки − двоичные нули, светлые −

единицы

Одна из
опасных
границ

Слайд 13

Рейка, кодированная кодом Грея Светлые участки − двоичные нули, тёмные −

единицы

Однопеременный код Грея исключает большие ошибки, которые при кодировании натуральным двоичным кодом могут возникнуть, когда линия считывания кодовой комбинации совпадает с одной из опасных границ.
Другой способ избежать ошибок состоит в расщеплении воспринимающих элементов, которое позволяет отодвинуть линию считывания от опасной границы.

Слайд 14

Расщепление воспринимающих элементов (U-расположение) Тёмные участки − двоичные нули, светлые − единицы
При четырёх

разрядах самая опасная граница: 0111→1000.
Если α1 = 1, значит, воспринимающий элемент младшего разряда
не дошёл до опасной границы, и остальные разряды должны считываться с отстающего ряда B.
Если α1 = 0, значит, воспринимающий элемент младшего разряда перешёл опасную границу, и остальные разряды должны считываться с опережающего ряда A.
При V-расположении воспринимающих элементов ABi+1 = 2ABi
(если I > 1), и выбор в каждом разряде делается по показаниям предыдущего разряда.

Слайд 15

Абсолютный энкодер СКБ ИС

Слайд 16

Абсолютный энкодер фирмы Autonics

Слайд 17

СИНУСНО-КОСИНУСНЫЕ СИГНАЛЫ
Пара сигналов постоянного или переменного тока, изменяющихся как Umsinx и

Umcosx, позволяет найти измеряемую величину x независимо от возможных изменений Um (логометрическое преобразование).
Устройства, формирующие один цикл сигналов в диапазоне измерения, позволяют строить абсолютные преобразователи.
Если циклов много − строятся инкрементные преобразователи.

Слайд 18

Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы − СКВТ (resolvers)
Пример − продукция СКБ ИС

Слайд 19

Следующие иллюстрации − из статьи:

Слайд 20

Что такое СКВТ

Слайд 21

Сигналы СКВТ

Слайд 22

Получение цифрового отсчёта с помощью СКВТ

Слайд 23

Принцип обработки сигналов СКВТ следящей системой

Слайд 24

Математическая основа обработки

Слайд 25

Микросхема с аналоговой обработкой сигналов СКВТ

Слайд 26

Навесные элементы аналоговой обработки сигналов СКВТ

Слайд 27

Соединение СКВТ с микросхемой AD2S80A

Слайд 28

Более современная микросхема

Слайд 29

Соединение СКВТ с микросхемой AD2S1210

Слайд 30

Имитация сигналов инкрементного энкодера в микросхеме AD2S1210

Слайд 31

Следящая система − не единственный способ преобразования сигналов СКВТ
Например, возможен перевод пространственной

фазы
во временную с последующим цифровым измерением
угла сдвига фаз.
Берём сигналы СКВТ

Создаём взаимный фазовый сдвиг несущих на 90°:

Выполняем вычитание:

Слайд 32

Наряду с СКВТ для преобразования могут использоваться сельсины
Сельсин (synchro) отличается от СКВТ

трёхфазной
системой выходных сигналов. Её можно преобразовать
в двухфазную систему (формат СКВТ) Т-образным
трансформатором Скотта (Scott T transformer).

Принцип

Реализация

По книге: Woolvet G.A. Transducers in digital systems − Peter Peregrinus Ltd, 1977.
Есть русский перевод: Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. −
М.: Энергоиздат, 1981. В последующих ссылках − Вульвет.

Слайд 33

ПРИМЕНЕНИЯ ИНКРЕМЕНТНЫХ ЭНКОДЕРОВ

Слайд 34

Инкрементный энкодер СКБ ИС
1080000 : 360 = 3000 импульсов на градус

или 50 импульсов на угловую минуту

Слайд 35

Инкрементный энкодер фирмы Autonics

Слайд 36

Одноразрядная двоичная шкала в инкрементном преобразователе (по книге: Кнорринг 2003)
Наличие двух воспринимающих

элементов A и B позволяет
определять направление перемещения шкалы
по отношению к воспринимающим элементам.

Такие же два сигналы получаются после формирования
меандров из гармонических синусно-косинусных сигналов.
Шкалу с гармоническим изменением воспринимаемой
величины можно тоже использовать как инкрементную.

Слайд 37

Аппаратная обработка сигналов инкрементного датчика
По книге: Кнорринг В.Г. Цифровые средства измерений

с пространственными инкрементными шкалами. −
Л.: Изд-во ЛПИ им. М.И. Калинина, 1977. − С. 38.

ПИШ − пространственная
инкрементная шкала
(с непрерывным гармоническим
изменением воспринимаемой
величины);
ФКИ − формирователь короткого
импульса;
НУ − сигнал начальной установки реверсивного счётчика.

Слайд 38

Программная обработка сигналов инкрементного датчика
Сигналы инкрементного датчика вводятся в микроконтроллер с

такой частотой, чтобы при движении в одну сторону не пропустить двух изменений.
Сравниваются текущее и предыдущее
состояния сигналов (диаграммы и таблица на следующем слайде).
Возможен промежуточный вариант: сочетание регистра и ПЗУ, в котором записывается таблица решений.

Слайд 39

Предыдущее Текущее
a b a b
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
Решение
нет
вычесть
сложить
ошибка
сложить
нет
ошибка
вычесть
вычесть
ошибка
нет
сложить
ошибка
сложить
вычесть
нет
Таблица для программной обработки
получается из диаграммы

Слайд 40

Инкрементные преобразователи с синусно-косинусными сигналами
Индуктосины
Оптические растровые сопряжения
Интерферометры
(Коронкевич, Ленкова.
Новосибирск, 1971)

Слайд 41

Получение синусно-косинусных сигналов в оптическом растровом сопряжении
В настоящее время предпочитают сопряжения

с одинаковым периодом штрихов измерительного и индикаторного растров. Для получения синусно-косинусных сигналов индикаторный растр делят на четыре секции, расположенные со смещением на четверть, половину и три четверти периода штрихов.

Нониусное сопряжение
p1 − период штрихов
измерительного растра;
p2 − период штрихов
индикаторного растра;
pk − период комбинационных
полос;
b − «считывающая щель».
(их должно быть четыре).

Слайд 42

Интерполяция синусно-косинусных сигналов инкрементных преобразователей
Интерполяция путём синтеза сдвинутых
сигналов (Вульвет)

Слайд 43

Интерполяция путём формирования треугольного и постоянных опорных сигналов (Opton Zeiss)
Промышленное
изделие.
Получено
80

импульсов
на периоде
оптического
растра

Слайд 44

Интерполяция путём компарирования выпрямленных и делённых сигналов (Кафедра ИИТ ЛПИ)
S −

синусный сигнал
C − косинусный сигнал
ДН − делители напряжения
ЛК − линейки компараторов

Глава 3_2

Содержание

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОБЛАСТЬ ЦИТСодержание:Объекты и шкалы пространственнóй области Преобразователи положение→код

ОБЪЕКТЫ ПРОСТРАНСТВЕННǑЙ ОБЛАСТИВ пространственной области мы имеем дело с относительными положениями

СХОДСТВО И РАЗЛИЧИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВРЕМЕННǑЙ ОБЛАСТЕЙ ЦИТВо временнóй области мы

Во временной области ЦИТ рассматривались шкалы стробов для датирования событий и

Во временной области большую роль играют колебательные процессы, на основе которых

Во временной области представление колебательного процесса вращающимся вектором наводило на мысль

Во временной области ЦИТ мы рассматривали прямые и обратные преобразования: длительность→код

ВИДЫ ШКАЛ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОБЛАСТИБóльшая часть шкал пространственной области представляет собой кодовые

ЧТО ЖЕ БУДЕТ РАССМАТРИВАТЬСЯ В ЭТОЙ ГЛАВЕ?(последнее подразделение с точки зрения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОЛОЖЕНИЕ→КОД С КОДОВЫМИ МАСКАМИ Преобразователи с масками содержат одну или несколько

Диск, кодированный натуральным двоичным кодом.Тёмные участки − двоичные нули, светлые −