Traductoare cu iesiri (cvazi)numerice

Traductoare cu iesiri (cvazi)numerice.

1 Generalitati.

Se vor considera in continuare numai traductoarele de masura numerica a deplasarii (pozitiei) datorita importantei lor deosebite, dar si datorita constructiei relativ mai complexe. se vor trata atat cazurile deplasarilor

liniare cat si a celor circulare, efectuandu-se o comparatie intre varianta numeric absoluta si cea incrementala de masurare a deplasarii.

Masurarea numerica a unei deplasari se realizeaza prin impartirea acesteia in elemente egale de deplasare ds si poate avea loc in doua variante: masurarea numeric incrementala si masurarea numeric absoluta, acestea realizandu-se, principial, dupa schemele din figura 3.26.

In cazul masurarii numeric incrementale (fig. 3.26a) deplasarea saniei 1, actionata de elementul 5 prin surubul conducator 2, se masoara cu rigla 6 si dispozitivul de citire 3 atasat la sania 1. rigla 6 este prevazuta cu o retea de linii cu pasul ds iar dispozitivul 3 este astfel conceput incat la deplasarea saniei cu pasul ds la iesirea sa apare un impuls. impulsurile sunt numarate de numaratorul 4, suma lor exprimand codificat marimea deplasarii masurate a saniei 1. Masurarea prin aceasta metoda poate incepe din orice punct al cursei saniei 1 si prin insumarea impulsurilor in numarator (reglat in prealabil la zero) se va determina deplasarea, fiind vorba de o masurare relativa.

a).

b).

Fig.3.26. Principiul masurarii deplasarilor: a) - incrementale; b) - absolute

Metoda de masurare numeric absoluta (3.26b) foloseste, de asemenea, o rigla ,  dar aceasta are mai multe serii de diviziuni, realizate fiecare cu pasi diferiti. raportul pasilor din randurile de diviziuni este dat de puterile intregi ale cifrei zecimale 2: 2⁰ds2¹ds2²ds..2^n-1ds. Se obtine astfel o scala de masurare codificata binar cu n piste. Dispozitivul de citire a acestei rigle trebuie sa citeasca concomitent toate pistele si la iesirea sa in dispozitivul 4 se va obtine un numar binar prin care se exprima pozitia la un moment dat a saniei 1 fata de capatul din stanga al riglei, fara a fi necesar sa cunoastem sau sa luam in considerare pozitiile anterioare punctului considerat.

2. Traductoare fotoelectrice numeric incrementale pentru deplasari liniare (TFNIL).

a) Constructie si functionare.

Principiul de functionare a fost expus in caz general in fig. 3.26a, particularizarea pentru traductoarele fotoelectrice fiind data in fig. 3.27. rigla 2 se confectioneaza din sticla speciala cu coeficient de dilatare apropiat de cel al utilajului. ea are trasate spatii opace de aceeasi latime cu fantele transparente si se ataseaza la echipamentul mobil. Sistemul de citire este format din lampa 4, lentila convergenta 3, diafragma cu fanta 5, obiectivul 6 si fotodioda 1, acest sistem fiind atasat la partea fixa a ansamblului.

La deplasarea elementului

Fig.3.27. Constructia traductorului incremental. mobil cu un pas al

diviziunilor riglei, prin  fata

fantei din diafragma 5 va trece o portiune transparenta prin care fluxul luminos ajunge la fotodioda 1 si la iesirea acesteia se va produce un impuls de tensiune. pentru a determina deplasarea totala masurata de traductor, impulsurile se aduna intr-un numarator.

Pentru obtinerea unor rezolutii de masurare mari (0.005-0.001 mm) se impune realizarea unor latimi mici pentru gradatiile retelei, ceea ce ridica probleme legate de iluminarea slaba a fotocelulei si de tehnologia de fabricare a riglei. solutiile constructive si functionale moderne sunt prezentate in fig.3.28 a,b,c,d.

Principial, pentru a putea fi folosite rigle de masurare divizate relativ grosier in conditiile mentinerii unei rezolutii acceptabile se aplica metoda subdivizarii (interpolarii) diviziunilor riglei pe cale optica si electronica.

Astfel, conform schemei din fig.3.28.a , se foloseste o (contra)retea 2, cu grupe de diviziuni decalate cu ½ din pasul riglei (prezentate in fig. 3.28.b), iar

citirea se face cu 2- 4 fotocelule, decalate pe directia miscarii cu 90 (180, 270)

Astfel, conform schemei din fig.3.28.a , se foloseste o (contra)retea 2, cu grupe de diviziuni decalate cu ½ din pasul riglei (prezentate in fig. 3.28.b),iar citirea se face cu 2- 4 fotocelule, decalate pe directia miscarii cu 90 (180, 270) grade electrice. Datorita acestui decalaj, iluminarea fotocelulelor se face dupa legi sinusoidale, rezultand semnalele A si B defazate, conform fig. 3.28 c (pentru 2 fotocelule). Semnalele sinusoidale sunt transformate in impulsuri dreptunghiulare , pastrand aceleasi defazaje (semnalele U_a1 si U_a2 din fig.3.28.c). Prin detectia si utilizarea tuturor fronturilor (4 pentru o deplasare corespunzatoare pasului riglei), rezolutia de citire creste de patru ori fata de pasul de divizare a riglei.

a).  b).

c).  d).

Fig.3.28. Traductor incremental de deplasare: a) - sistemul optic; b) - gradatia riglei; c) - semnalele la iesirea fotocelulelor; d) - semnalele de iesire prelucrate.

Observatie:

1. Cresterea in continuare a rezolutiei se poate face prin marirea grupelor de diviziuni ale contraretelei, concomitent cu utilizarea a mai multor fotocelule.

2. Defazajele dintre semnalele de la iesirea traductorului servesc, pe langa masurarea deplasarii si la detectia sensului de deplasare (v. paragraful urmator).

3. Pe linga semnalele mentionate, mai sunt furnizate uzual inca 2:

- semnal de supraveghere;

- impuls de nul (semnalul R - fig.3.28c si d), care poate fi realizat numai la un capat al riglei sau se repeta dupa parcurgerea unei anumite distante (exemplu din 10 in 10 mm - fig.3.28.b).

b) Exploatarea intr-un sistem cu µP, ­ se va trata in paragraful urmator.

3 Traductoare fotoelectrice numeric incrementale pentru deplasari circulare (TFNIL).

a) Constructie si functionare.

Constructia si principiul de functionare al acestor traductoare (fig.3.29) este asemanator cu a celor liniare cu deosebirea ca locul riglei incrementale este preluat de un disc incremental. Se prezinta in continuare TFNIL TIRO 1000; acesta furnizeaza 2 trenuri de impulsuri de nivel TTL decalate intre ele cu un defazaj de ±T/4 in functie de sensul de rotatie. la o rotatie completa se produce un numar de N=1000 impulsuri, deci rezolutia obtinuta cu un astfel de traductor este de 360⁰/1000 = 0.36⁰.

Fig.3.29. Traductor incremental de deplasare circulara.

b) Exploatarea intr-un sistem condus cu µP,

Pentru determinarea sensului de rotatie al TIRO se poate folosi un bistabil de tip D conform schemei din fig. 3.30. Iesirea Q a bistabilului va fi 1 sau 0, dependent de sensul de rotatie.

Fig.3.30. Circuit pentru determinarea sensului deplasarii.

Se foloseste proprietatea bistabilului D de a repeta la iesirea Q valoarea existenta pe intrarea d, actualizarea facandu-se pe frontul crescator al impulsulul de tact (CLK). Considerand situatia din fig.3.28d, frontul crescator al lui CLK (semnalul B) il va gasi pe D (semnalul A) intotdeauna pe valoarea 1, valoare transmisa la iesirea Q. Aceasta va avea deci o valoare constanta, semnificand un anumit sens de rotatie.

Se pune problema exploatarii de catre µP a datelor furnizate de traductoarele fotoelectrice numeric incrementale analizate in ultimele doua paragrafe. exista 2 variante:

1. contorizarea impulsurilor chiar  de  catre µC, cu consecinte defavorabile asupra exploatarii rationale a acestuia. in aceasta situatie se poate utiliza circuitul timer 8253, programat intr-un mod convenabil (modul 0 = numarator de evenimente);

2. utilizarea unui numarator care este incrementat sau decrementat cu cate o unitate la fiecare impuls primit de la traductor (exemplu impulsurile A din  fig.3.28b).

iesirile numaratorului ( sau numaratoarelor ) vor fi legate la unul din porturile µC (se pot utiliza porturi simple de tipul 8212 sau programabile de tipul 8255).

O a doua problema importanta care se pune este dictata de scopul masurarii, existand de asemenea 2 situatii:

I. masurarea unei pozitii (deplasari); marimea acesteia este data de numarul de impulsuri generate de traductor si contorizate dupa una dintre metodele 1 sau 2, precizate anterior.

II. masurarea unei viteze; aceasta se bazeaza pe proportionalitatea vitezei (liniara sau unghiulara) cu numarul impulsurilor generate in intervalul de timp Tmas. Ramine de rezolvat problema generarii de catre µC a semnalelor care delimiteaza Tmas, existand mai multe variante:

-utilizarea directa a intreruperii ceasului de timp real a µC. pentru PC, aceasta este generata la o perioada de 55 ms de canalul 0 al 8253, care la randul lui genereaza o cerere de intrerupere cu prioritate maxima la 8259. in cazul achitarii acesteia utilizatorul are la dispozitie intreruperea INT 1CH pentru a-si scrie rutina de aplicatie, INT 1CH fiind apelata o data cu rutina CTR;

-programarea corespunzatoare a lui 8253 pentru a genera intreruperi la perioade diferite de CTR (55ms).

-utilizarea unor rutine de intarziere scrise in limbaj de asamblare, dar numai in situatia in care µP nu are alte sarcini.

4. Traductoare fotoelectrice numerice absolute pentru deplasari liniare.

In cazul masurarii prin metoda numeric absoluta, traductorul transforma deplasarea masurata a elementului mobil intr-un numar binar scris intr-un cod oarecare. Si in acest caz traductorul contine o rigla codificata si capul de citire fotoelectric. in fig. 3.31 este ilustrat cazul unei rigle codificate in codul binar natural.

Fig.3.31. Traductor absolut de deplasare liniara.

Rigla are un numar de piste egal cu numarul rangurilor numarului binar prin care se exprima numarul zecimal care corespunde deplasarii maxime a elementului mobil. incrementul liniar este considerat pasul de divizare al primei piste, care determina puterea de rezolutie. razele de lumina emise de sursa 3 sunt dirijate intr-un fascicul paralel de lentila 4 si ele vor trece prin zonele transparente ale riglei 1 si prin ecranul 5, ajungand la fotoelementele 2, asezate cate unul in dreptul fiecarei piste a riglei. In exemplul din figura, capul de citire se afla in dreptul liniei A-A si la iesirea traductorului se obtine numarul binar 01010.

5  Traductoare numerice absolute pentru deplasari circulare.

Sunt foarte asemanatoare cu cele pentru deplasari liniare, dar au in componenta lor discuri codificate binar, la care pistele corespunzatoare

ordinelor binare sunt dispuse pe coroane circulare concentrice (fig.3.32).

Fig.3.31. Traductor absolut de deplasare circulara.