автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Структурные методы повышения точности трансформаторных цифровых преобразователей угла

На правах рукописи

Исупов Александр Николаевйг г

I

УДК 621.454.3-004.82(0433)

СТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕШШ ТОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УГЛА

Специальность: 05.11.16 — Информационно-измерительные системы (в науке и промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск - 2000

Работа выполнена в Научно-техническом центре «Восход» при Физико-техническом институте УрО РАН.

Научный руководитель: доктор технических наук Ломаев Г.В.

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки Республики Башкортостан, доктор технических наук, профессор Ураксеев М.А.; доктор технических наук, Куликов В.А..

Ведущее предприятие: Институт космических исследований РАН.

Защита состоится « О ^ »_см-о й' -5>_2000 г. в -Л1 часов

на заседании диссертационного совета Д 064.35.01 в ИжГТУ по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИжГТУ.

Автореферат разослан « » ллаЛ 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор /С^^р^ч/' Гольдфарб В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом исследования являются цифровые преобразователи угла трансформаторного типа (ТЦПУ), устройства и способ преобразования угловых величин в их цифровые аналоги.

Предметом исследования являются структурные методы повышения точности ТЦПУ пространственного кодирования — методы амплитудной и фазовой интерполяции положения кодовой шкалы в пределах физического кванта или шага младшего разряда шкалы, методы считывания информации с кодовой шкалы и структурный синтез устройств считывания информации ТЦПУ, инструментальные погрешности ТЦПУ и их влияние на погрешность преобразования угла, точностные возможности ТЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией.

Актуальность темы. Цифровые преобразователи аналоговых величин применяются в информационно-измерительных системах (ИИС), содержащих цифровые регистрирующие устройства и компьютеры.

Одним из основных критериев качества таких систем, наряду с массо-габаритными показателями, является точность их функционирования. Особенно высокие требования предъявляются к системам, создаваемым для бортовой аппаратуры наземных подвижных устройств, летательных, плавающих и космических аппаратов, что обусловлено как специфическими требованиями к измеряемым параметрам, так и чрезвычайно жесткими условиями эксплуатации.

Неотъемлемой частью современных систем обработки информации и управления являются аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи. АЦП являются наиболее сложными звеньями по структуре организации. Точность АЦП, входящего в контур регулирования, должна быть выше, чем у ЦАП, формирующего управляющее воздействие, так как решение о выдаче этого воздействия принимается на основании обработки информации, поступающей от АЦП. Поэтому технико-экономические показатели АЦП (в первую очередь точность, надежность и быстродействие) являются определяющими в улучшении качества ИИС.

Одним из основных видов АЦП являются цифровые преобразователи угла, служащие для преобразования в цифровую форму данных об угловом положении или перемещении объекта. С дополнительным преобразователем типа рейка-шестерня или гайка-ходовой винт ЦПУ служат для измерения линейных перемещений. При косвенных измерениях с их помощью можно определять угловые и линейные скорости и ускорения.

Так как ЦПУ — наиболее сложный тип АЦП, включающий в себя в качестве составного элемента преобразователь малых перемещений, то методы преобразования, разработанные для ЦПУ, могут применяться непосредственно в преобразователях перемещение-код (ППК) и, соответственно, для измерения величин, преобразуемых в перемещение: усилий, давления и т.п.

ЦПУ широко применяются в специальных системах навигации и ориентации, управления траекторией полета, привода и посадки летательных аппаратов, в астрономии в системах слежения за небесными телами и т.д. Кроме того, ЦПУ широко используются в автоматизированных системах управления параметрами технологических процессов, в гибких автоматизированных производствах, роботизированных комплексах и т.п., где важную роль играет контроль за угловыми и линейными перемещениями. Все это определяет большую и постоянно растушую потребность в ЦПУ.

Во многих случаях использования ЦПУ требуются высоконадежные преобразователи абсолютного отсчета средней точности, соответствующие информационной емкости 8-15 бит, обладающие высоким быстродействием, малыми моментами трения и инерции, работоспособные в широком диапазоне эксплуатационных условий (колебания температуры, высокая влажность, запыленность, вибрации и т.д.). При этом ЦПУ должны быть достаточно дешевыми и технологичными и, по возможности, базироваться на серийно выпускаемых узлах и элементах.

К особенностям ЦПУ, как одного из видов АЦП, относится то, что при их построении возможно использование различных физических принципов считывания информации с кодовых шкал. Это предопределило чрезвычайное многообразие видов ЦПУ, что вызывает затруднения у разработчиков при выборе конкретного типа преобразователя. Наиболее полно требованиям, предъявляемым к ЦПУ средней точности в большинстве случаев их использования, отвечают одношкальные электромагнитные преобразователи пространственного кодирования, в частности, трансформаторные. Однако широкое внедрение одношкальных электромагнитных ЦПУ сдерживается низкой точностью существующих преобразователей, соответствующей информационной емкости 6-8 бит, которая определяется числом кодовых дорожек шкалы.

Существующие методы повышения точности ЦПУ пространственного кодирования не позволяют реализовать в приемлемых габаритах преобразователи с требуемыми характеристиками. Поэтому повышение точности ТЦПУ невозможно без разработки и применения структурных методов.

Цель работы — разработка и научное обоснование структурных методов повышения точности ТЦПУ, а также создание оригинальных высоконадежных цифровых преобразователей угла трансформаторного типа, внедрение которых внесет значительный вклад в улучшение точностных характеристик ИИС различного назначения.

Для этого необходимо решение следующих задач:

- разработка структурных методов интерполяции положения кодовой шкалы в пределах физического кванта или шага шкалы;

- анализ методов считывания информации с кодовой шкалы в ТЦПУ;

- разработка методов построения устройств считывания информации с кодовой шкалы в пределах кванта или шага младшего разряда шкалы;

- математическое моделирование ТЦПУ с интерполяцией;

- исследование влияния инструментальных погрешностей ТЦПУ с интерполяцией на точность преобразования угла;

- разработка оригинальных устройств с автоматической коррекцией инструментальных погрешностей, внедрение ТЦПУ в ИИС различного назначения.

Методы исследования. В работе применены теоретические и экспериментальные методы исследований. При разработке методов амплитудной интерполяции ТЦПУ применялись логические методы анализа и синтеза схем.

Для анализа и классификации инструментальных погрешностей ТЦПУ применялись методы теории погрешностей.

При разработке и исследовании цифровых моделей ТЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией применялись методы теории вероятности и математической статистики.

При разработке ЦПУ использованы теоретические основы электромагнитных явлений, радиоэлектроники и информационно-измерительной техники.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждены результатами лабораторных испытаний и опытом практической эксплуатации ТЦПУ в составе ИИС различного назначения.

Математические модели и алгоритмы, предложенные в работе, основаны на фундаментальных положениях теории электромагнитных явлений, теории вероятности и математической статистики, теории погрешностей измерительных систем.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена использованием аттестованных средств измерения, большим объемом экспериментального материала, статистическими методами обработки данных и хорошей воспроизводимостью результатов.

На защиту выносятся результаты разработки и исследования структурных методов повышения точности ТЦПУ, обеспечивающих точность функционирования одношкальных преобразователей пространственного кодирования без пропорционального увеличения числа кодовых дорожек шкалы, а также реализацию предельных точностных возможностей используемого физического принципа считывания информации с кодовой шкалы, в том числе:

- структурные принципы построения ТЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией;

- методы считывания информации с кодовой шкалы ТЦПУ с интерполяцией;

- структурный синтез ТЦПУ с амплитудной интерполяцией;

- теоретическое исследование влияния инструментальных погрешностей на точность ТЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией;

- разработка метода автоматической коррекции инструментальных погрешностей в ЦПУ с амплитудной интерполяцией, создание трансформаторного преобразователя перемещений с автоматической коррекцией погрешности от нестабильности коэффициента передачи датчика, а также методов автоматической коррекции погрешностей ТЦПУ с фазовой интерполяцией.

Научная новизна полученных результатов определяется впервые проведенными комплексными исследованиями, направленными на получение научно обоснованных технических решений, способствующих созданию высоконадежных ТЦПУ для ИИС, позволяющих повысить точность определения пространственных координат объектов, в ходе которых:

- разработаны структурные принципы построения ТЦПУ с амплитудной интерполяцией;

- разработаны методы считывания информации с кодовой шкалы в ТЦПУ с амплитудной интерполяцией на основе методов считывания и последовательного счета;

- проведен структурный синтез ТЦПУ с амплитудной интерполяцией;

- разработан метод построения ТЦПУ с фазовой интерполяцией;

- предложено структурное представление процесса преобразования ТЦПУ, на основе которого сделан анализ и проведена классификация инструментальных погрешностей ТЦПУ;

- проведен анализ влияния погрешности от эксцентриситетов на точность ТЦПУ;

- разработаны математические и цифровые модели ТЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией;

- методом статистических испытаний на ЭВМ исследовано влияние инструментальных погрешностей на точность ТЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией, в результате которого определено влияние каждой составляющей инструментальной погрешности на точность преобразования угла;

- проведен сравнительный анализ методов амплитудной и фазовой интерполяции, позволяющий на стадии проектирования ТЦПУ выбрать алгоритм преобразования и допуски на элементы электромеханической части ТЦПУ, обеспечивающих заданную точность преобразования или оценить предельно достижимую точность в различных алгоритмах преобразования при заданных допусках на изготовление узлов ЦПУ;

- предложены оригинальный способ и устройства для автоматической коррекции инструментальных погрешностей ТЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией.

Практическая ценность. В результате исследований выявлены наиболее перспективные структурные методы повышения точности ТЦПУ

Разработанная методика оценки точности ТЦПУ методом статистических испытаний на ЭВМ позволяет на этапе структурного проектирования определять требования к основным узлам ТЦПУ, сравнивать конкурирующие структуры и задавать оптимальные допуски на изготовление основных узлов ТЦПУ.

Разработанные структурные методы повышения точности позволяют реализовать предельные точностные возможности электромагнитнкх, в том числе трансформаторных, преобразователей.

Разработаны новые одношкальные многоотсчетные ТЦПУ, обладающие высокой точностью измерения, большим быстродействием и высокой надежностью, реализованные на базе серийно выпускаемых отечественной промышленностью элементов.

Техническая новизна разработанных способа и устройств защищены авторскими свидетельствами СССР на б изобретений.

Результаты диссертации были использованы при создании, отработке и промышленной эксплуатации ТЦПУ (ЦПУ-8, ЦПУ-10, ЦПУ-14).

Работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных и хоздоговорных НИР, проводимых в ИМИ-ИжГТУ, НТЦ «Восход»: №ГР75047149 «Разработка, исследование и изготовление прецизионных преобразователей «угол-код»; и «давление-код»»; №ГР 0182005159 «Разработка, изготовление и исследование датчиков микроперемещений и электронно-оптических корректоров для адаптивных сисгем»; №ГР 0192006238 «Разработка электромеханической части автономной системы гидирования телескопа Т-170».

Реализация работы в производственных условиях. Полученные в работе результаты использованы при проектировании и внедрении ТЦПУ на ряде предприятий г.г. Москвы, Ленинграда (Санкт-Петербурга), Лытка-рино. Преобразователи ЦПУ-8, ЦПУ-10 входят в состав автоматизирсван-ных технологических комплексов обработки крупногабаритной оптики «Зебра-1» и «Зебра-2», разработанных в Институте космических исследований (ИКИ) РАН и эксплуатируемых в ИКИ РАН, ПО «Рубин» и других организациях. Преобразователь ЦПУ-14 принят для дальнейшей конструкторской проработки на предприятии А-1845. Разработанный на основе предложенных структурных методов преобразователь усилия ПУ-2 внедрен в составе системы «Зебра-2» в ИКИ РАН и на Ленинградском оптико-механическом объединении (ЛОМО).

Апробация работы. Отдельные законченные этапы работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научной конференции «Совершенствование методов и приборов для автоматизации и повышения точноста угловых и линейных измерений в геодезии, аэрофотосъемке и фотограмметрии» (Москва, 1975), Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация управления и регулирования качества продукции в машиностроении и приборостроении» (Севастополь, 1976), 1-ой Научной канфе-

ренции молодых ученых ВУЗов УАССР (Ижевск, 1976), Четвертой юбилейной Уральской научно-технической конференции по метрологии и технике точных измерений (Свердловск, 1977), Всесоюзной научной конференции «Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем» (Москва, 1978), Всесоюзной научно-технической конференции «Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей» (Ульяновск, 1978), II Всесоюзной научной конференции «Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем» (Москва, 1981), Второй республиканской конференции молодых ученых, посвященной 60-летию автономии УАССР (Ижевск, 1981), на ежегодных научно-технических конференциях ИжГТУ (1978-1998), на научных семинарах ФТИ УрО РАН (1990-1998), на научно-технических советах НТЦ «Восход» (1996-1999)

За разработку структурных методов повышения точности цифровых преобразователей угла автор удостоен бронзовой медали выставки достижений народного хозяйства СССР.

Публикации. Результаты работы отражены в 23 научных публикациях: 6 статей, 8 тезисов научно-технических конференций, 6 авторских свидетельств СССР, 3 научно-технических отчета по хоздоговорным НИР.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, изложенные на 186 с. машинописного текста. В работу включены 45 рис., 16 табл.; список литературы из 171 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы объект и предмет исследования, показана актуальность темы, определены цель и задачи исследования.

В первой главе приведены общие сведения о цифровых преобразователях угла, на основе работ Ахметжанова А.А., Богданова В.Д., Домраче-ва В.Г., Зверева А.Е., Косинского AJB., Мейко Б.С., Преснухина JI.H., Смо-лова В.Б. и др. сделан обзор существующих методов преобразования угла в код, проанализированы достоинства и недостатки существующих методов преобразования, определены тенденции развития техники преобразования угловых величин в цифровой код, показана перспективность использования комбинированного преобразования в электромагнитных ЦПУ.

Сделан анализ электромагнитных ЦПУ пространственного кодирования, рассмотрены возможные варианты построения кодирующих устройств, показана перспективность использования трансформаторных ЦПУ в ИИС.

Проведен анализ путей повышения точности ЦПУ пространственного кодирования, показано что наиболее перспективно для повышения точности ЦПУ использование структурных методов, основанных на введении в систему избыточности, позволяющих получить дополнительную информацию не только об измеряемой величине, но и о погрешностях измерения, и

затем исключать эти погрешности из результата измерения. Показано, что, так как полная погрешность преобразования ЦПУ включат в себя две независимых составляющих: погрешность квантования по углу и погрешность воспроизведения уровня квантования, то повышение точности ЦПУ возможно за счет уменьшения обеих составляющих общей погрешности и, в соответствии с этим, методы повышения точности ЦПУ можно подразделить на методы уменьшения погрешности квантования и методы уменьшения погрешности воспроизведения уровня квантования.

Развитие комбинированных ЦПУ пространственного кодирования сделало актуальной задачу выбора рационального соотношения между погрешностями квантования и воспроизведения уровней квантования на основе принятого метода оценки точности ЦПУ. В настоящее время для оценки точности ЦПУ все большее распространение получает статистический подход, который дает возможность оценить истинные точностные возможности ЦПУ, определяемые законом и распределением вероятностей измеряемой величины и погрешности преобразования. В работах Домраче-ва В.Г. предлагается в качестве критерия оценки уровня разработки ЦПУ принять степень соответствия статистического закона распределения погрешности преобразования нормальному закону, необходимо еще на стадии разработки ЦПУ оценить законы распределения этой погрешности путем математического моделирования.

Сделан обзор и анализ существующих методов повышения точности ЦПУ пространственного кодирования. Показано, что повышение точности ЦПУ пространственного кодирования предполагает решение двух задач: разработка методов уменьшения погрешности квантования до любого заданного уровня и разработка методов уменьшения погрешности воспроизведения уровней квантования. Первая задача предполагает разработку методов интерполяции положения кодовой шкалы (КШ) в пределах физического кванта или шага младшего разряда КШ, вторая — разработку методов автоматической коррекции инструментальных погрешностей.

Проведен анализ известных методов интерполяции в ЦПУ различных типов. Показано, что для ТЦПУ перспективно использование методов амплитудной (АИ) и фазовой (ФИ) интерполяции.

В заключении первой главы сделана постановка задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке структурных методов повышения точности ТЦПУ. В ней разработаны структурные принципы построения ТЦПУ с амплитудной интерполяцией на основе двоичных кодовых шкал. Для этого предложено использовать линейные или близкие к ним участки закона модуляции, на которых амплитуда выходного напряжения трансформаторных датчиков прямо пропорциональна положению КШ. При этом для определения положения КШ в пределах шага младшего разряда шкалы необходимо выполнить следующее:

- отобразить физический квант младшего разряда КШ непересекающимися линейными участками кривых модуляции;

- выбрать датчик, линейный участок кривой модуляции которого в момент считывания кода находится на линии считывания ЦПУ;

- определить положение физического кванта КШ в пределах выбранного линейного участка кривой модуляции путем преобразования в код амплитуды выходного сигнала датчика.

Для покрытия физического кванта непересекающимися линейными участками, вдоль кодовой дорожки младшего разряда КШ размещается ■т = д!£ датчиков (рис.1), смещенных относительно друг друга на величину ¿ + 2дя,где д —квант младшего разряда КШ, I —величина линейного участка, п — целое число. Первый датчик устанавливается на линии считывания ЦПУ. Наибольшее практическое значение имеют случаи £ = 0,25д и £ - 0,5д, т.е. при т равном 21 и 22.

а)

б)

<р

Рис. 1. Алгоритм цифрового преобразования угла ТЦПУ с амплитудной интерполяцией

Л, Д2 Дг Д< Д5 1.^1 I I I

Для определения положения КШ в пределах линейного участка кривой модуляции его разбивают на кванты уровнями селекции Аа+Ак, количество которых определяется числом дополнительных разрядов, считываемых с кодовой шкалы.

Проведен анализ логической схемы получения дополнительных разрядов, разработаны методы устранения неоднозначности считывания, возникающей при положениях кодовой шкалы, соответствующих моментам пересечений линейных участков кривых модуляции двух соседних: датчиков.

Проанализированы возможные методы считывания информации с кодовой шкалы в ТЦПУ при преобразовании в код амплитуды выходного напряжения датчиков. Показана целесообразность использования в трансформаторных ЦПУ единичных кодов, отличающихся высокой помехоустойчивостью.

Разработана структура получения дополнительных разрядов в ТЦПУ с АИ при параллельном считывании, имеющем максимально возможное быстродействие, определяемое только постоянной времени трансформаторных датчиков.

Проанализированы методы преобразования амплитуды выходного напряжения трансформаторных датчиков в код с развертывающим и: следящим уравновешиванием. Показано, что в ТЦПУ целесообразно использовать ступенчатое пилообразное развертывающее напряжение, т.к. при этом входное напряжение развертывается в пространстве параметра, т.е. напряжения, а не во времени. Это позволяет устранить влияние временных характеристик схемы преобразователя на погрешность преобразования, т.е., например, при изменении частоты генератора развертывающего напряжения результат преобразования не меняется, а при синхронизации моментов опроса датчиков и переключения ступенчатого напряжения устраняется влияние паразитной фазовой модуляции выходного напряжения трансформаторных датчиков кодовой шкалой.

Разработаны методы построения устройств считывания информации с кодовой дорожки младшего разряда КШ в ТЦПУ при использовании метода последовательного счета.

Проведен структурный синтез ТЦПУ с АИ, построенных по методу последовательного счета. Показано, что для упрощения логических функций, реализуемых преобразователем кода, целесообразно произвести их структурную декомпозицию и реализовать одношкальную трехотсчетную структуру ТЦПУ (грубый отсчет — средний отсчет — точный отсчет) и определять дополнительные разряды последовательно, по отсчетам.

Проанализированы различные варианты построения одношкальных трехотсчетных структур ТЦПУ.

В третьей главе исследованы метрологические характеристики ТЦПУ с интерполяцией методов статистических испытаний на ЭВМ. В ка-

честве основы системы цифрового моделирования ТЦПУ применен блочный принцип реализации моделей устройств, когда ТЦПУ разбивается на функциональные узлы (блоки) и каждый узел описывается математическими соотношениями, определяющими совокупность выходных сигналов узла по совокупности его входных сигналов и параметров. Соединение моделей узлов в структуру осуществлялось с помощью управляющей программы. Степень детализации моделей узлов определяется конкретными целями исследования модели. Применение блочного подхода дало возможность создать универсально моделирующую систему, позволяющую анализировать любые структуры ТЦПУ, изменять в широких пределах степень детализации, при моделировании на ЭВМ оперативно изменять параметры ТЦПУ. Так как ЦПУ являются наиболее сложным видом преобразователей информации, включающим в себя в качестве отдельных узлов АЦП различных типов, то число возможных структур ТЦПУ и, соответственно, вариантов разбиения их на блоки для цифрового моделирования, очень велико. Поэтому целесообразно использовать общие принципы, не зависящие от типа ЦПУ и алгоритмов преобразования, для разбиения ЦПУ на блоки в соответствии с этими принципами. Одной из первых попыток использования такого системного подхода была работа Ломае-ва Г.В., где он был использован для анализа электрических погрешностей ЦПУ считывания. В этой работе из структуры преобразователя был выделен элементарный элемент, названный кодовым датчиком положения (КДП), который по определению является дискретным устройством, принимающим информацию о механическом перемещении КШ и преобразующем его в бинарный одноразрядный код. Полная структурная схема ЦПУ синтезируется на базе набора ряда КДП, объединенных в соответствии с используемым алгоритмом преобразования.

В отличие от данной работы показано, что возможности системного подхода значительно шире и он может быть использован для анализа не только электрических, но и механических погрешностей как ЦПУ считывания, так и ЦПУ с интерполяцией. Кроме того, появляется возможность выявить узлы, характерные для ЦПУ различных типов, и использовать их при цифровом моделировании.

Обобщенная структурная модель процесса преобразования в ЦПУ содержит следующие общие элементы:

- источник энергетического потока поля, который взаимодействует с физическими признаками носителя информации (КШ);

- система передачи и формирования пространственного потока энергии;

- модуляционное пространство в потоке энергии пространственного поля для ввода носителя информации;

- кодовый носитель информации (КШ);

- преобразователь энергии промодулированного энергетического потока в электрический сигнал;

- селектор для выделения информации из сигнала, у которого один или несколько параметров промодулированы носителем информации.

Структурная схема трансформаторного кодового датчика положения (ТКДП), синтезированная из названных выше элементов, приведена на рис.2.

Принципиально она может быть разделена на две части: измеритель перемещений И и электроизмерительную схему Э (рис.2а). Констружтизно данные части могут быть объединены или разнесены в пространстве. А в некоторых случаях, например, в многоканальных системах, даже такого пространственного разделения частей КДП бывает недостаточно и некоторые электронные узлы, входящие в часть И, также могут быть разнесены в пространстве. Кроме того, в различных схемах узлы И и Э дополняются, как правило, вспомогательными устройствами.

На КДП воздействуют две группы физических величин: перемещения и мешающие воздействия. Эти величины описываются, как правила, многомерными векторами. В связи с пространственным разделением КДП на две части, необходимо введение нескольких векторов мешающих воздействий (Е, для Ии^э для Э).

Функция измерителя перемещения И состоит в том, чтобы из комплекса всех мешающих воздействий сформировать единственную величину А(ф), несущую информацию о входном перемещении, а функция электроизмерительной схемы Э — сформировать из этого сигнала дискретный сигнал N.

Расширенная структурная схема ТКДП приведена на рис.2б.

Рис.2. Структурная схема трансформаторного кодового датчика положения

Схема состоит из следующих узлов:

- задающий генератор ЗГ, являющийся источником энергетического потока А для питания последующих узлов;

- электромагнитный преобразователь ЭМП, преобразующий энергию потока А в пространственный магнитный поток Е;

- модуляционное звена МЗ, представляющее собой КШ, введенную в модуляционное пространство и модулирующую магнитный поток Е своими физическими признаками;

- магнитоэлектрический преобразователь МЭП, преобразующий промодулированный магнитный поток Е(ф) в электрический сигнал А(ср);

- каналы связи К, служащие для передачи и формирования в пространстве магнитного потока (магнитопроводы, концентраторы и т.д.);

- устройство сравнения УС, преобразующее аналоговый сигнал А(ф) в дискретный 14;

- источник образцового сигнала ИОС, вырабатывающий образцовый сигнал для сравнения;

- преобразователь обратной связи ПОС (показан пунктирной линией) и используемый в некоторых случаях для воздействия на характеристику преобразования.

В технической литературе преобразователи ЭМП, МЭП, каналы связи К и модуляционное звено МЗ обычно объединяют общим понятием "датчик", которое в дальнейшем также будет использоваться.

Так как блоки, входящие в КДП, отражают процесс преобразования в ЦПУ, то очевидно, что разбиение ЦПУ на узлы для цифрового моделирования и анализ погрешностей преобразования целесообразно производить в соответствии со структурой КДП.

На основе анализа структурной схемы ТКДП исследованы и систематизированы погрешности ТЦПУ, Показано, что анализ погрешностей ЦПУ связан с исследованием влияния внешних и внутренних дестабилизирующих факторов на закон модуляции А(ср), образцовый сигнал ДО и уровень срабатывания устройства сравнения Аср. Разработана классификация источников инструментальных погрешностей ТЦПУ. Проанализированы источники основной и дополнительной погрешностей. По закономерности появления составляющие основной и дополнительной погрешностей разделены на систематические и случайные.

Основные систематические погрешности ТЦПУ следующие:

- изменение электрофизических свойств материала КШ 5Ш;

- изменение напряжения, частоты и скважности сигнала опроса датчиков 50,5Ш, 8,2;

- погрешность от эксцентриситетов для конкретного образца ЦПУ 5Э;

- погрешности нанесения квантов и установки датчиков при считывании информации в пределах данного кванта и данным датчиком 5Н, 5К, 5е, 5У.

Основные случайные погрешности ТЦГТУ следующие:

- погрешности нанесения квантов на КШ и установки датчиков в корпусе для партии ЦПУ 5„, 5К, 5„ 5У;

- погрешность от эксцентриситетов для партии ЦПУ 8Э;

- погрешность коэффициента передачи датчиков 5„;

- изменение длительности сигнала опроса датчиков 5Т.

Для погрешностей 8„, 5К, 5С, 5У случайность понимается в том смысле, что отсутствует закономерность в распределении их по длине шкалы. Следует отметить, что разделение погрешностей по закономерности их появления будет недостаточно четким, если заранее не обусловить особенности алгоритма считывания информации с КШ, так как, в зависимости от используемого алгоритма, ряд погрешностей может быть отнесен к систематическим или случайным. Так, например, при интерполировании положения КШ в пределах кванта, случайные погрешности нанесения кванта на КШ в пределах данного кванта являются систематическими. То же относится к погрешностям коэффициента передачи датчиков и от эксцентриситетов.

Проведен анализ влияния погрешности от эксцентриситетов, возникающих из-за смещения геометрических центров КШ и окружности установки датчиков от центра вращения ЦПУ. Построена векторная модель кинематической схемы системы статор-ротор-датчик. В отличие от известных моделей, в ТЦПУ необходимо учитывать влияние тангенциальной составляющей погрешности от эксцентриситетов, т.к. выходные сигналы трансформаторных датчиков инвариантны к радиальным перемещениям КШ. Разработана программа моделирования погрешности от эксцентриситетов ТЦПУ. Исследовано влияние эксцентриситетов на точность ЦПУ при различных вариантах установки дополнительных датчиков в преобразователях с интерполяцией (один датчик, два диаметрально противоположных и дифференциально включенных датчика, смещенные на некоторые углы относительно друг друга, и дифференциально включенные датчики).

Разработана математическая модель ТЦПУ с АИ, учитывающая инструментальные погрешности:

__(1 + m)-q_ Uq-СЩ

Çc 2m■ Uqh • СШн • K0ll -тн-2ы'1 1 + m 0i

l-m-Q + CK-S')x

l + m-Q. + CK-S'ti)x

-, (О

x sin+ - t*о",

Ч + °е<

xsin—:^—--{Ç + Sl +S"y¡) Ч + Se¡

где аргументы Ко', Ко", 5н', 5Н", 6у\ Ôy" являются независимыми случайными величинами.

Разработана математическая модель ТЦПУ с ФИ, учитывающая инструментальные погрешности:

A4 п 2тг Ш -Т ( т \

2 ' sin— • {Kr¡+SHKi+8yKi+-sin——• cosar0 • KT+ c =arctg^-5---)-—,(2)

L ° N-1 n 2л tsJ -X ( T I

Z YAa -sin—(Кт/+SHK¡+Sm+ç)■ sin-V- ■ sincr0 • KT K'о м> P \ ¿ J

где аргументы Ак, бн, бу, тк являются независимыми случайными величинами, распределенными по нормальным законам f(n), f(ô), f(T).

Разработаны цифровые модели ТЦПУ с интерполяцией, реализованные на основе блочного принципа. Цифровые модели ТЦПУ с АИ и ФИ имеют сходную структуру и содержат следующие программы (блоки):

1) головную;

2) накопления статистики и вывода результатов;

3) вычисление выходной величины;

4) построения и вывода гистограмм;

5) вычисления статистических характеристик;

6) генератор случайных чисел.

Програм'мы 4-6 являются общими для любого типа ЦПУ, а программа 3 реализует математическую модель конкретного типа ТЦПУ. В качестве исходных данных в головную программу вводятся основные конструктивные и технологические параметры ТЦПУ:

- количество датчиков, участвующих в усреднении инструментальных погрешностей;

- массив значений механических допусков на изготовление ЦПУ;

- массив значений случайной составляющей амплитудной погрешности, определяемой разбросом коэффициентов передачи датчиков;

- параметры закона модуляции и напряжения опроса датчиков;

- диапазон и шаг изменения входного перемещения;

- величина статистики (число испытаний по каждому параметру) и

т.д.

Проведено исследование цифровых моделей ТИПУ с интерполяцией методом статистических испытаний на ЭВМ. При этом исследовались параметры распределения выходной величины от:

- входного перемещения;

- числа датчиков, участвующих в усреднении выходного сигнала;

- инструментальных погрешностей.

Анализ результатов статистического моделирования ЦПУ с АИ показал, что каждый из методов интерполяции обладает рядом существенных достоинств и недостатков. Так, метод ФИ, по сравнению с методом АИ, обладает худшими усредняющими свойствами. Однако в методе АИ в усреднении участвует только часть от общего числа датчиков и т.д. Сравнительные характеристики обоих методов приведены в таблице 1. Пользуясь данной таблицей и результатами моделирования, можно на этапе проектирования выбрать алгоритм преобразования и допуски на элементы электромеханической части ЦПУ, обеспечивающие заданную точность преобразования, или оценить предельно достижимую точность различных алгоритмов преобразования при данных допусках на изготовление электромеханической части ЦПУ.

Сравнительные характеристики методов интерполяции ТЦПУ

Таблица 1

ХАРАКТЕРИСТИКА ФИ АИ

1. Зависимость выходной величины от входной прямо-пропорциональная нелинейная

2. Доминирующая погрешность Механические Электрическая

3. Зависимость погрешности от изменения коэффициента модуляции Зависит слабо Прямо-пропорциональная

4. Зависимость погрешности от изменения напряжения опроса датчиков Зависит слабо Прямр-пропорциональная

5. Зависимость погрешности от частоты и формы напряжения опроса датчиков возникает систематическая погрешность не завжит

6. Число датчиков, участвующих в усреднении инструментальных погрешностей N0 N„/2

7. Усреднение погрешностей при КД=п <л/п Ж

8. Зависимость аппаратурных затрат от числа датчиков, участвующих в усреднении Прямо-пропорциональная Незначительная

9. Аппаратурные затраты для выделения информационного параметра сигнала схема выделения огибающей Отсутствуют

Таким образом, результаты моделирования позволили:

- установить соответствие между допусками на составляющие инструментальной погрешности и допусками на общую инструментальную погрешность;

- выявить доминирующую погрешность преобразования;

- выявить вид закона распределения инструментальной погрешности и, в частности, найти значения отдельных составляющих инструментальной погрешности при которых закон распределения погрешности близок к нормальному;

- оценить предельно достижимую точность ЦПУ с использованием различных методов преобразования при заданной достоверности выходного кода;

- оценить аппаратные затраты, необходимые для построения ЦПУ.

В четвертой главе описаны изобретения, реализующие структурные методы повышения точности ТЦПУ.

Предложен способ определения положения кодовой шкалы, позволяющий осуществить автоматическую коррекцию аддитивных погрешностей, возникающих от изменения напряжения опроса и коэффициента передачи датчиков, и дрейфа уровня срабатывания устройства сравнения в ТЦПУ с АИ (A.C. №468283).

Предложен трансформаторный преобразователь перемещений с автокоррекцией (A.C. №815473), который имеет преимущество перед известными, поскольку в данном преобразователе уменьшена погрешность, возникающая от нестабильности коэффициента передачи датчиков за счет того, что он дополнительно снабжен блоком регулируемого импеданса, экран выполнен с разрезами, проходящими через его центр, элементы экрана электрически соединены в две группы и подключены ко входу блока регулируемого импеданса, что позволяет в значительной мере повысить точность измерения за счет возможности управления эквивалентной электропроводностью экрана. Изменением полного сопротивления (импеданса) можно компенсировать как разброс характеристик элементов преобразователя (например в дифференциальной схеме), так и температурную погрешность, обусловленную изменением удельной электропроводности материала экрана.

Предложены четыре метода автоматической коррекции в трансформаторных преобразователях перемещений с фазовой интерполяцией, позволяющие повысить точность преобразования или расширить диапазоны измерений линейных перемещений (A.C. №844989, A.C. №987374, A.C. №1193447, A.C. №1195181).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе разработаны и научно обоснованы новые структурные методы повышения точности одношкальных трансформаторных цифровых преобразователей угла. При их разработке учтены особенности, позволяющие реализовать в приемлемых габаритах ЦПУ пространственного кодирования с требуемыми характеристиками.

Разработаны методы амплитудной и фазовой интерполяции положения кодовой шкалы относительно линии считывания ЦПУ в пределах кванта или шага младшего разряда физической кодовой шкалы, что позволяет повысить точность одношкальных ЦПУ пространственного кодирования без пропорционального увеличения числа кодовых дорожек шкалы, реализовать предельные точностные возможности методов считывания информации с кодовой шкалы или, при сохранении заданной точности, существенно уменьшить число наносимых физических квантов на кодовую шкалу и, соответственно, снизить трудоемкость изготовления и уменьшить габариты ЦПУ.

Наиболее полно требованиям, предъявляемым к ЦПУ, отвечают комбинированные преобразователи, сочетающие в себе достоинства преобразователей с непосредственным и косвенным преобразованием угла, и позволяющие реализовать близкую к предельной для данного физического способа считывания информационную емкость ЦПУ или, при той же информационной емкости, уменьшить габариты и стоимость ЦПУ. Комбинированное преобразование получило широкое распространение в фотоэлектрических ЦПУ, однако в электромагнитных и, в частности, трансформаторных преобразователях, данный метод практически не используется. В то же время трансформаторные ЦПУ имеют ряд эксплуатационных и технологических достоинств, а также не реализованные точностные возможности.

Для повышения точности ЦПУ целесообразно использовать структурные методы, базирующиеся на более полном использовании информационных сигналов и эффективных алгоритмах их обработки, применять схемную и информационную избыточность, с перенесением основных функций преобразования угла на электронные схемы.

Повышение точности ЦПУ пространственного кодирования структурными методами возможно двумя путями: уменьшение погрешности квантования (интерполяцией пространственного физического кванта младшего разряда кодовой шкалы), и уменьшением инструментальной погрешности ЦПУ (автоматической коррекцией погрешностей).

Разработаны методы амплитудной интерполяции для трансформаторных ЦПУ, основанные на преобразовании в код амплитуды выходного напряжения датчиков, установленных вдоль кодовой дорожки младшего разряда шкалы.

Разработаны принципы формирования кода и устранения неоднозначности считывания в трансформаторных ЦПУ с амплитудной интерполяцией.

Разработан метод фазовой интерполяции для трансформаторных ЦПУ, основанный на преобразовании в код фазы огибающей выходных сигналов датчиков, установленных вдоль кодовой дорожки младшего разряда шкалы.

Проведен анализ и установлены основные закономерности образования статических случайных погрешностей и их взаимосвязь в трансформаторных ЦПУ. Разработана классификация инструментальных погрешностей трансформаторных ЦПУ.

Разработана математическая модель и исследовано влияние погрешностей от эксцентриситетов на точность трансформаторных ЦПУ, позволяющая на этапе структурного проектирования оценить влияние данной погрешности.

Разработаны и исследованы методом статистических испытаний на ЭВМ математической модели оценки статической точности трансформаторных ЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией, позволяющие на этапе структурного проектирования определять требования, предъявляемые к основным узлам преобразователей, проводить сравнительный анализ конкурирующих структур и задавать оптимальные допуски на изготовление основных узлов ТЦПУ.

Предложены защищенные авторскими свидетельствами новые конструктивные решения трансформаторных ЦПУ с использованием структурных методов повышения точности.

НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИ

1. Задовский Е.В., Исупов А.Н. Анализ чувствительности трансформаторных ЦПУ к погрешностям от эксцентриситетов // Тез. докл. II Все-союз. науч. конф. "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем" (1981; Москва). - Москва, 1981. - с.98-99.

2. Исупов А.Н. Метод увеличения точности цифровых преобразователей угла // Измерительная техника. - 1980. - № 3. - с.10-11.

3. Исупов А.Н., Ирисов Г.В. Исследование статической точности цифровых преобразователей угла с фазовым интерполированием мегодом статистических испытаний на ЭВМ // Межвуз. сб. - Ижевск, 1977. — Вып. 11.-C.56-69.

4. Исупов А.Н. Анализ и классификация инструментальных погрешностей цифровых преобразователей угла трансформаторного типа. //Межвуз. сб. - Ижевск, 1978. - Вып. 3. - с. 162-167.

5. Исупов А.Н. Математическая модель цифрового преобразонателя угла с амплитудной интерполяцией // Дискретные системы обработки информации / Межвуз. сб. - Ижевск, 1979. - Вып. 2. -с.129-133.

6. Исупов А.Н. Методы аналоговой автоматической коррекции систематических погрешностей трансформаторных преобразователей угла // Тез. докл. Всесоюз. науч.-тех. конф. "Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей" (1978; Ульяновск). - Ульяновск, 1978. — с.32-33.

7. Исупов А.Н. Исследование чувствительности и точности трансформаторных преобразователей угла методом статистических испыганий на ЭВМ // Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем" (1978; Москва). - Москва: Сов. Радио, 1978. - с.62.

8. Исупов А.Н. Структурные методы уменьшения чувствительности трансформаторных преобразователей угла к нестабильности параметров элементов // Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем" (1978; Москва). -Москва: Сов. Радио, 1978. -с.62-63.

9. Исупов А.Н. Исследование чувствительности и точности трансформаторных ЦПУ с фазовой интерполяцией // Тез. докл. II Всесоюз. науч. конф. "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем" (1981; Москва). - Москва, 1981. -с.99.

10. Исупов А.Н. Метод построения трансформаторных преобразователей угла с фазовой интерполяцией // Тез. докл. II Республ. конф. молодых ученых, посвященной 60-летию автономии УАССР (1981; Ижевск). -Ижевск, 1981.-с.75-76.

11. Исупов А.Н. Штин A.A. Высоконадежный преобразователь '^угол-код" на интегральных микросхемах // Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. "Со-

вершенствование методов и приборов для автоматизации и повышения точности угловых и линейных измерений в геодезии, аэрофотосъемке и фотограмметрии" (1975; Москва). -Москва, 1975. - с.63.

12. Исупов А.Н. Структурные методы повышения точности цифровых преобразователей угловых величин. // Газоструйные импульсные системы, Ижевск: Изд. ИжГТУ, 2000. - с.148-169

13. Ломаев Г.В., Исупов А.Н. Структурные методы увеличения разрешающей способности преобразователей "перемещение-код" (ЛПК) // Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. "Совершенствование методов и приборов для автоматизации и повышения точности угловых и линейных измерений в геодезии, аэрофотосъемке и фотограмметрии" (1975; Москва). — Москва, 1975.-c.60.

14. Ломаев Г.В., Исупов А.Н., ШтинА.А. Прецизионный преобразователь угол-код с трансформаторными датчиками // Автоматические устройства учета и контроля. - Ижевск, 1975. - Вып. X. - с.28-31. *

15. Разработка, исследование и изготовление прецизионных преобразователей "угол-код" и "давление-код": Отчет о НИР (Заключ.) / А.Н. Исупов и др.; Ижевский механический ин-т (ИМИ); Рук. А.Н. Исупов. - № ГР 0182005159. - Ижевск, 1985. - 171 с. - Рефераты НИР и ОКР. Автоматика. Вычислительная техника. Приборостроение. - М.: ВНТИЦентр, 1978. -№19.

1 б. Разработка, изготовление и исследование датчиков микроперемещений и электронно-оптических корректоров для адаптивных систем: Отчет о НИР П8-81 (Заключ.) / Е.М. Артемьева, А.Н. Исупов, И.А. Окутина, Л.А. Тюриков, К.В. Шишаков, В.А. Четкарев; Устиновский механический ин-т (УМИ); Рук. А.Н. Исупов. - №ГР 0182005159; - Устинов, 1985. -171 с.

IT. Разработка электромеханической части автономной системы гиди-рования телескопа Т-170. Ч. 2: Отчет о НИР КБ 77-01 (Заключ.) / А.Н. Исупов и др.; ОКТБ "Восход"; Рук. А.Н. Исупов. - Ижевск, 1990. -127 с.

13. A.C. №468283 СССР, МКИ4 G 08 С9/00. Способ определения положения кодовой шкалы / Г.В. Ломаев, А.Н. Исупов. - №1940190/18-24; Заявл. 09.07.73; опубл. 24.04.75. -Бюл. № 15.

19. A.C. №815473 СССР, МКИ4 G 01В 7/00. Трансформаторный преобразователь перемещений / А.Н. Исупов, A.A. Штин. - №2782530/25-28; Заявл. 19.06.79; опубл. 19.06.79.-Бюл. № 11.

20. A.C. №844989 СССР, МКИ4 G 01В 7/04. Устройство для измерения перемещений / A.A. Штин, А.Н. Исупов. - №2816423/18-28; Заявл. 15.08.79; опубл. 07.07.81. -Бюл. № 25.

21. A.C. №987374 СССР, МКИ4 G 01В 7/00. Устройство для измерения линейных перемещений / A.A. Штин, А.Н. Исупов, Э.А. Витриченко,

O.A. Евсеев. - №3338714/18-28; Заявл. 27.08.81; опубл. 07.01.83. - Бюл. № 1.

22. A.C. №1193447 СССР, МКИ4 G 01В 7/04. Устройство для измерения перемещений / A.A. Штин, А.Н. Исупов, Н.И. Болдышев, Ю.В. Пиотрович. - №3700811/24-28; Заявл. 15.02.84; опубл. 23.11.85. -Бюл. № 43.

23. A.C. №1195181 СССР, МКИ4 G 01В 7/00. Устройство для измерения перемещений / A.A. Штин, А.Н. Исупов. - №3775616/24-28; Заявл. 26.07.84; опубл. 30.11.85. - Бюл. № 44.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ВЕЛИЧИН.

1.1. Цифровые преобразователи угла и тенденции их развития.

1.2. Электромагнитные цифровые преобразователи угловых величин пространственного кодирования.

1.3. Анализ путей повышения точности цифровых преобразователей угла пространственного кодирования.

1.4. Обзор и анализ существующих структурных методов повышения точности цифровых преобразователей угла пространственного кодирования.

1.5. Постановка задачи и методы исследований.

2. СТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УГЛА.

2.1. Структурные принципы построения трансформаторных цифровых преобразователей угла с амплитудной интерполяцией.

2.2. Методы считывания информации с кодовой шкалы

2.2.1. ТЦПУ с АИ на основе метода считывания.

2.2.2. ТЦПУ с АИ на основе метода последовательного счета.

2.2.3. Методы построения устройств считывания информации с КШ.

2.3. Структурный синтез ТЦПУ с АИ.

2.4. Методы построения трансформаторных ЦПУ с фазовой интерполяцией.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ЦПУ С ИНТЕРПОЛЯЦИЕЙ.

3.1. Структурное представление процесса преобразования в ЦПУ.

3.2. Анализ и классификация инструментальных погрешностей трансформаторных ЦПУ.

3.3. Анализ влияния погрешности от эксцентриситетов на точность трансформаторных ЦПУ.

3.4. Разработка математических моделей трансформаторных ЦПУ с интерполяцией.

3.5. Цифровые модели трансформаторных ЦПУ с интерполяцией.

3.6. Исследование цифровых моделей трансформаторных ЦПУ с интерполяцией.

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТРУКТУРНЫХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ.

4.1. Метод автоматической коррекции инструментальных погрешностей в цифровых преобразователях угла с амплитудной интерполяцией.

4.2. Трансформаторный преобразователь перемещений с автоматической коррекцией погрешности от нестабильности коэффициента передачи датчиков.

4.3. Автоматическая коррекция погрешностей в трансформаторных преобразователях перемещений с фазовой интерполяцией.

Развитие информационно-измерительных систем (ИИС), содержащих цифровые регистрирующие устройства и компьютеры, обусловило практическую потребность в разработке цифровых датчиков. Это необходимо для развития и внедрения автоматизированных ИИС в различные сферы деятельности, в первую очередь для управления оборудованием и технологическими процессами. При этом все более высокие требования предъявляются к качеству систем обработки информации.

В настоящее время одним из основных критериев качества таких систем, наряду с массогабаритными показателями, является точность их функционирования. Особенно высокие требования предъявляются к системам, создаваемым для бортовой аппаратуры наземных подвижных устройств, летательных, плавающих и космических аппаратов, что обусловлено как специфическими требованиями к измеряемым параметрам, так и чрезвычайно жесткими условиями эксплуатации.

Так как параметры реальных объектов в большинстве случаев представляют собой непрерывный процесс, а обработка результатов измерений и выработка управляющего воздействия осуществляется средствами цифровой техники, то неотъемлемой частью современных систем обработки информации и управления являются аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи.

АЦП являются наиболее сложными звеньями по структуре организации. Точность АЦП, входящего в контур регулирования, должна быть выше, чем у ЦАП, формирующего управляющее воздействие, так как решение о выдаче этого воздействия принимается на основании обработки информации, поступающей от АЦП.

Поэтому технико-экономические показатели АЦП (в первую очередь точность, надежность и быстродействие) являются определяющими в улучшении качества информационно-измерительных систем, составной частью которых они являются.

Одним из основных видов АЦП являются цифровые преобразователи угла (ЦПУ). ЦПУ служат для преобразования в цифровую форму данных об угловом перемещении объекта. С дополнительным преобразователем типа рейка-шестерня или гайка-ходовой винт ЦПУ служат для измерения линейных перемещений. При косвенных измерениях с их помощью можно определять угловые и линейные скорости и ускорения.

Так как ЦПУ — наиболее сложный тип АЦП, включающий в себя в качестве составного элемента преобразователь малых перемещений, то методы преобразования, разработанные для ЦПУ, могут применяться непосредственно в преобразователях перемещение-код (ППК) и, соответственно, для измерения величин, преобразуемых в перемещение: усилий, давления и т.п.

ЦПУ широко применяются в специальных системах навигации и ориентации, управления траекторией полета, привода и посадки летательных аппаратов, в астрономии в системах слежения за небесными телами и т.д. Кроме того,, ЦПУ широко используются в автоматизированных системах управления параметрами технологических процессов, в гибких автоматизированных производствах (ГАП), роботизированных комплексах и т.п., где важную роль играет контроль за угловыми и линейными перемещениями. Так, по данным [90], около 80% всех измерений в промышленности составляют измерения перемещений. Все это определяет большую и постоянно растущую потребность в ЦПУ.

Во многих случаях использования ЦПУ требуются высоконадежные преобразователи абсолютного отсчета средней точности, соответствующие информационной емкости 8-15 бит, обладающие высоким быстродействием, малыми моментами трения и инерции, работоспособные в широком диапазоне эксплуатационных условий (колебания температуры, высокая влажность, запыленность, вибрации и т.д.). При этом ЦПУ должны быть достаточно дешевыми и технологичными и, по возможности, базироваться на серийно выпускаемых узлах и элементах.

К особенностям ЦПУ, как одного из видов АЦП, относится то, что при их построении возможно использование различных физических принципов [7, 9, 10, 11, 16, 18, 21, 24, 29, 46, 47, 82, 92, 107]. Это предопределило чрезвычайное многообразие видов ЦПУ, что вызывает затруднения у разработчиков при выборе конкретного типа преобразователя. В ряде работ показано, что наиболее полно требованиям, предъявляемым к ЦПУ средней точности, в большинстве случаев их использования, отвечают одношкальные электромагнитные преобразователи пространственного кодирования, в частности, трансформаторные ЦПУ [4, 5, 12, 43]. Однако широкое внедрение одношкальных электромагнитных ЦПУ сдерживается низкой точностью существующих преобразователей, соответствующей информационной емкости 6-8 бит, которая определяется числом кодовых дорожек (КД) шкалы.

Существующие методы повышения точности ЦПУ пространственного кодирования не позволяют реализовать в приемлемых габаритах преобразователи с требуемыми характеристиками. Поэтому повышение точности трансформаторных ЦПУ невозможно без разработки и применения структурных методов.

Структурные методы позволяют повысить точность одношкальных ЦПУ пространственного кодирования без пропорционального увеличения числа КД шкалы, реализовать предельные точности возможных методов считывания информации с кодовой шкалы или, при сохранении заданной точности, существенно уменьшить число наносимых физических квантов на кодовую шкалу и, соответственно, снизить трудоемкость изготовления и уменьшить габариты преобразователя, а также исключить технологические несовершенства и уменьшить влияние внешней среды на параметры и характеристики ЦПУ. Эти методы базируются на более полном использовании информационных сигналов в ЦПУ и эффективных алгоритмов их обработки, применении схемной и информационной избыточности, с перенесением основных функций преобразования угла на электронные схемы.

Вопросами разработки и исследования структурных методов повышения точности ЦПУ различных типов занимались коллективы, которые возглавляют Э.И. Гитис [29], В .Г. Домрачев [33, 35, 41, 42, 45], A.B. Косинский [77-80], Л.Н. Преснухин [106], A.A. Ахметжанов [8, 9, 25,129], Ю.С. Шарин [127] и др. [93, 95, 104-106, 108], а также специалисты ведущих зарубежных фирм [130-139].

Несмотря на широкий фронт исследований и несомненные успехи в области создания ЦПУ, проблема создания высококачественных ЦПУ, работающих в широком диапазоне эксплуатационных условий, далека от завершения ввиду комплексного характера задачи и чрезвычайного многообразия видов и типов ЦПУ.

Настоящая работа является логическим продолжением исследований в области разработки преобразователей формы информации для информационно-измерительных систем, проводимых в ИМИ - ИжГТУ - ОКТБ «Восход» -НТЦ «Восход» на протяжении ряда лет.

Целью работы является улучшение показателей качества одношкальных ЦПУ пространственного кодирования трансформаторного типа (ТЦПУ), основным из которых является точность функционирования.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- анализ существующих методов повышения точности ЦПУ;

- разработка структурных методов уменьшения погрешности квантования в ЦПУ (амплитудная и фазовая интерполяция);

- разработка математических моделей ЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией;

- исследование математических моделей ЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией методом статистических испытаний на ЭВМ;

- классификация и анализ источников инструментальных погрешностей ТЦПУ;

- разработка и апробация методики оценки точности ТЦПУ на этапе структурного проектирования;

- разработка и реализация структурных методов уменьшения инструментальных погрешностей ТЦПУ.

Методы исследования.

При решении поставленных задач применялись методы теории погрешностей, теории вероятностей и математической статистики, логические методы анализа и синтеза схем. Для подтверждения научных положений диссертационной работы было использовано моделирование на ЭВМ, экспериментальное исследование ТЦПУ и внедрение их на ряде предприятий.

Научная новизна.

Разработаны методы амплитудной интерполяции для трансформаторных ЦПУ, основанные на преобразовании в код амплитуды выходного напряжения датчиков, установленных вдоль кодовой дорожки младшего разряда шкалы.

Разработаны принципы формирования кода и устранения неоднозначности считывания в трансформаторных ЦПУ с амплитудной интерполяцией

Разработан метод фазовой интерполяции для трансформаторных ЦПУ, основанный на преобразовании в код фазы огибающей выходных сигналов датчиков, установленных вдоль кодовой дорожки младшего разряда шкалы.

Проведен анализ и установлены основные закономерности образования статических случайных погрешностей и их взаимосвязь в трансформаторных ЦПУ. Разработана классификация инструментальных погрешностей трансформаторных ЦПУ. Разработана математическая модель и исследовано влияние погрешности от эксцентриситетов на точность трансформаторных ЦПУ, позволяющая на этапе структурного проектирования оценить влияние данной погрешности.

Разработаны и исследованы методом статистических испытаний на ЭВМ математические модели оценки статической точности трансформаторных ЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией, позволяющие на этапе структурного проектирования определять требования, предъявляемые к основным узлам преобразователей и проводить сравнительный анализ конкурирующих структур. Предложенные математические модели трансформаторных ЦПУ позволили провести теоретическое исследование по определению влияния инструментальных погрешностей на точность преобразования угла.

Практическая ценность.

В результате исследований выявлены наиболее перспективные структурные методы повышения точности трансформаторных ЦПУ.

Разработанная методика оценки точности трансформаторных ЦПУ методом статистических испытаний на ЭВМ позволяет на этапе структурного проектирования определять требования к основным узлам трансформаторных ЦПУ, сравнивать конкурирующие структуры и задавать оптимальные допуски на изготовление основных узлов трансформаторных ЦПУ.

Разработанные структурные методы повышения точности позволяют реализовать предельные точностные возможности электромагнитных, в том числе трансформаторных, преобразователей.

Разработаны новые одношкальные многоотсчетные ЦПУ, обладающие высокой точностью измерения, большим быстродействием и высокой надежностью, реализованные на базе серийно выпускаемых отечественной промышленностью элементов.

Реализация результатов работы.

Результаты работы использовались при проектировании и внедрении трансформаторных ЦПУ на предприятиях г.г. Москвы, Ленинграда (Санкт-Петербурга), Лыткарино. Преобразователи ЦПУ-8, ЦПУ-10 входят в состав автоматизированных технологических комплексов обработки крупногабаритной оптики «Зебра-1» и «Зебра-2», разработанных в Институте космических исследований (ИКИ) РАН и эксплуатируемых в ИКИ РАН, ПО «Рубин» и других организациях. Преобразователь ЦПУ-14 принят для дальнейшей конструкторской проработки на предприятии А-1845. Разработанный на основе предложенных структурных методов преобразователь усилия ПУ-2 внедрен в составе системы «Зебра-2» в ИКИ РАН и на Ленинградском оптико-механическом объединении (ЛОМО).

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научной конференции «Совершенствование методов и приборов для автоматизации и повышения точности угловых и линейных измерений в геодезии, аэрофотосъемке и фотограмметрии» (Москва, 1975), Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация управления и регулирования качества продукции в машиностроении и приборостроении» (Севастополь, 1976), 1-ой Научной конференции молодых ученых ВУЗов УАССР (Ижевск, 1976), Четвертой юбилейной Уральской научно-технической конференции по метрологии и технике точных измерений (Свердловск, 1977), Всесоюзной научной конференции «Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем» (Москва, 1978), Всесоюзной научно-технической конференции «Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей» (Ульяновск, 1978), II Всесоюзной научной конференции «Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем» (Москва, 1981), Второй республиканской конференции молодых ученых, посвященной 60-летию автономии УАССР (Ижевск, 1981), на ежегодных научно-технических конференциях ИжГТУ (1978-1998), на научных семинарах ФТИ УрО РАН (1990-1998), на научно-технических советах НТЦ «Восход» (1996-1999)

Преобразователи ЦПУ-8, ЦПУ-10, ЦПУ-14 экспонировались на ВДНХ СССР и отмечены бронзовой медалью (удостоверение № 10380).

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работы, 3 отчета по НИР, получено 6 авторских свидетельств.

13

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Объем диссертации 186 е., в том числе 45 рис., 16 табл., список литературы из 171 наименования.

Основные выводы по результатам работы

1. Наиболее полно требованиям, предъявляемым к ЦПУ, отвечают комбинированные преобразователи, сочетающие в себе достоинства преобразователей с непосредственным и косвенным преобразованием угла, и позволяющие реализовать близкую к предельной для данного физического способа считывания информационную емкость ЦПУ или, при той же информационной емкости, уменьшить габариты и стоимость ЦПУ. Комбинированное преобразование получило широкое распространение в фотоэлектрических ЦПУ, однако в электромагнитных, и, в частности, трансформаторных преобразователях, данный метод практически не используется. В то же время трансформаторные ЦПУ имеют ряд эксплуатационных и технологических достоинств, а также не реализованные точностные возможности.

2. Для повышения точности ЦПУ целесообразно использовать структурные методы базирующиеся на более полном использовании информационных сигналов и эффективных алгоритмах их обработки, применение схемной и информационной избыточности, с перенесением основных функций преобразования угла на электронные схемы.

3. Повышение точности ЦПУ пространственного кодирования структурными методами возможно двумя путями: уменьшение погрешности квантования (интерполяцией пространственного физического кванта младшего разряда кодовой шкалы), и уменьшением инструментальной погрешности ЦПУ (автоматической коррекцией погрешностей).

4. Разработаны методы амплитудной интерполяции для трансформаторных ЦПУ, основанные на преобразовании в код амплитуды выходного напряжения датчиков, установленных вдоль кодовой дорожки младшего разряда шкалы.

5. Разработаны принципы формирования кода и устранения неоднозначности считывания в трансформаторных ЦПУ с амплитудной интерполяцией.

6. Разработан метод фазовой интерполяции для трансформаторных ЦПУ, основанный на преобразовании в код фазы огибающей выходных сигналов датчиков, установленных вдоль кодовой дорожки младшего разряда шкалы.

7. Проведен анализ и установлены основные закономерности образования статических случайных погрешностей и их взаимосвязь в трансформаторных ЦПУ. Разработана классификация инструментальных погрешностей трансформаторных ЦПУ.

8. Разработана математическая модель и исследовано влияние погрешностей от эксцентриситетов на точность трансформаторных ЦПУ, позволяющая на этапе структурного проектирования оценить влияние данной погрешности.

175

9. Разработаны и исследованы методом статистических испытаний на ЭВМ математической модели оценки статической точности трансформаторных ЦПУ с амплитудной и фазовой интерполяцией, позволяющие на этапе структурного проектирования определять требования, предъявляемые к основным узлам преобразователей и проводить сравнительный анализ конкурирующих структур и задавать оптимальные допуски на изготовление основных узлов ТЦПУ.

10. Предложены защищенные авторскими свидетельствами новые конструктивные решения трансформаторных ЦПУ с использованием структурных методов повышения точности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе разработаны и научно обоснованы новые структурные методы повышения точности одношкальных трансформаторных цифровых преобразователей угла. При их разработке учтены особенности позволяющие реализовать в приемлемых габаритах ЦПУ пространственного кодирования с требуемыми характеристиками.

Разработаны методы амплитудной и фазовой интерполяции положения кодовой шкалы относительно линии считывания ЦПУ в пределах кванта или шага младшего разряда физической кодовой шкалы, что позволяет повысить точность одношкальных ЦПУ пространственного кодирования без пропорционального увеличения числа кодовых дорожек шкалы, реализовать предельные точностные возможности методов считывания информации с кодовой шкалы или, при сохранении заданной точности, существенно уменьшить число наносимых физических квантов на кодовую шкалу и, соответственно, снизить трудоемкость изготовления и уменьшить габариты ЦПУ.

1. Автоматизированная система оценки точности цифровых преобразователей угла / В.Г. Домрачев, Б.С. Мейко, Ю.Т. Котов, А.Г. Сапегин // Приборы и системы управления. 1978. - № 11.- с.21-23.

2. Азизов A.M. Гордов А.Н. Точность измерительных преобразователей. -Л.: Энергия, 1975. 256 с.

3. Алиев Т.М., Сейдель Л.Р. Автоматическая коррекция погрешностей цифровых измерительных приборов. М.: Энергия, 1975. - 216 с.

4. Андрущук В.В. Цифровые системы измерения параметров движения механизмов в машиностроении. СПб.: Политехника, 1992. - 237 с.

5. Анисимов Б.В., Четвериков В.Н. Преобразователи информации для ЭЦВМ. -М.: Высшая школа, 1968.-333 с.

6. Артамонов А.Т., Волков Н.П., Мартиросян С.Т. Двухотсчетный датчик угол-код // Приборы и системы управления. 1975. - № 4. - с.28-29.

7. Асиновский Э.Н. Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией. М.: Энергия, 1978. - 166 с.

8. Ахметжанов A.A. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М.: Энергия, 1975. - 288 с.

9. Ахметжанов A.A., Лукиных Н.В. Индукционный редуктосин. М.: Энергия, 1971.-80 с.

10. Ацюковский В.А. Емкостные преобразователи перемещения. М-Л.: Энергия, 1966.-278 с.

11. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем: В 2-х кн. / Пер. с фр. -М.: Мир, 1992. Кн. 1 - 480 с. Кн. 2 - 424 с.

12. Бех А.Д., Чернецкий В.В. Периферийные измерительные устройства / Отв. ред. Г.А Михайлов. Киев: Наукова думка, 1991. - 224 с.

13. Богданов В.Д., Кудряшов Б.А., Смирнов Ю.С. Преобразователь угла в код с переменной структурой // Приборы и системы управления. 1985. - № 1. - с.21-23.

14. Богданов В.Д., Смирнов Ю.С. Следящий цифровой преобразователь угла с повышенной разрешающей способностью // Измерительная техника. -1985. -№ 12.-c.3-6.

15. Богуславский М.Г., Цейтлин Я.М. Приборы и методы точных измерений длины и углов. М.: Изд. стацдартов, 1976. - 248 с.

16. Борзов М.И. Индуктивные преобразователи угла в код. М., Энергия, 1970.-72 с.

17. Браславский Д.А. Петров В.В. Точность измерительных устройств. -М.: Машиностроение, 1976.-321 с.

18. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справ, пос. / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 144 с.

19. Бромберг Э.М., Куликовский К.Л. Новые методы автоматической коррекции метрологических характеристик измерительных систем // Приборы и системы управления. 1973. - № 7. - с. 11-14.

20. Бромберг Э.М., Куликовский К.Л. Тестовые методы повышения точности измерений. -М.: Энергия, 1978. 176 с.

21. Бутаев Г.М., Щедров Н.И., Бесконтактный преобразователь "угол-код" с ферритовыми чувствительными элементами // Приборостроение. -1965.-№5.

22. Буянов А.С., Никитин А.М., Синицин Н.В. Высокоточный цифровой преобразователь угла следящего уравновешивания // ПСУ. 1978. - № 11.-с.20-21.

23. Волков В.А., РыжаковВ.В. Метрологические и надежностные характеристики датчиков: Методы оценивания. М.: Энергоатомиздат, 1993. -152 с.

24. Вулверт Дж. Датчики в цифровых системах / Пер. с англ. под ред. A.C. Яроменка. М.: Энергоиздат, 1981. - 200 с.

25. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Э.Н. Асиновский, A.A. Ахметжанов, М.А. Габидулин и др.; Под общ. ред. A.A. Ахметжанова. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

26. Высокоточные угловые измерения / Д.А. Аникст, K.M. Константинович, И.Я. Меськин и др.; Под ред. Ю.Г. Якушенкова. М.: Машиностроение, 1987. - 480 с.

27. Гельман М.М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем. М.: Изд. стандартов, 1989. - 320 с.

28. Гельман М.М., Шаповал Г.Г. Автоматическая коррекция систематических погрешностей в преобразователях "Напряжение-код". М.: Энергия,1974.-88 с.

29. Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. 1-е, 2-е и 3-е изд. - М.: Энергия, 1961, 1970 и1975.-376, 399, 447 с.

30. Гольдман И.Я. Влияние эксцентриситета на точность работы индукто-сина // Вопросы радиоэлектроники. Сер. XII. - 1962. - Вып. 11.

31. Домрачев В,Г. Основные принципы выбора соотношения между разрешающей способностью и точностью цифровых преобразователей угла // Метрология. 1976. - № 1. - с.25-31.

32. Домрачев В.Г. О моделировании погрешности ЦПУ на ЭВМ // Измерительная техника. 1978. - № 7. - с.36-39.

33. Домрачев В.Г. Электромагнитные цифровые преобразователи угла с пространственно-временным кодированием // ПСУ. 1978. - № 11. - с. 18-20.

34. Домрачев В.Г. О теоретических основах построения системы обеспечения и оценки качества цифровых преобразователей угла // Измерительная техника. 1980. - № 1. - с.20-23.

35. Домрачев В.Г., Дементьев Н.И. Преобразователь угол-код со шкаль-но-матричным кодированием // Приборы и системы управления. 1975. - № 3. - с.43-45.

36. Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1987.-392 с.

37. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Критерии оценки точности цифровых преобразователей угла // Измерительная техника. 1975. - № 11.- с.22-25.

38. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Вероятностная точностная модель цифровых преобразователей угла // Измерительная техника. 1976. - № 6. - с.21-24.

39. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. О точности ЦПУ при двухмодальных законах распределения вероятностей инструментальной погрешности // Метрология. 1978. - № 2. - с.3-9.

40. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Точностные возможности цифровых преобразователей угла при плосковершинных и несимметричных законах распределения вероятностей инструментальной погрешности // Метрология. 1978. -№ 7.-с. 16-24.

41. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Классификация цифровых преобразователей угла // ИТ. 1978. - № 7. - с.22-26.

42. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. О тенденциях развития цифровых преобразователей угла // ПСУ. 1978. - № 10. - с.20-23.

43. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. М.: Энергоатомиздат, 1984.-328 с.

44. Домрачев В.Г., Подолян В.А. Анализ инструментальной погрешности циклического преобразователя сигналов вращающегося трансформатора в код угла // Измерительная техника. 1985. - № 8. - с. 10-12.

45. Дроздов Е.А., Пятибратов А.П. Автоматическое преобразование и кодирование информации. М.: Советское Радио, 1964. - 544 с.

46. Емкостной многоканальный преобразователь "угол-код" / В.В. Макаров, В.В. Драгонер, М.А. Габидулин, В.Р. Матвеевский // Энергетика и электротехнология. Кишинев: КПИ, 1971. - Вып. 26. - с.127-130.

47. Ермолаев И.В., Молодых A.M. К расчету ошибки считывания фотоэлектрических преобразователей угол-цифра // Приборы и системы управления. 1967. -№ 6. - с.5.

48. Жарков А.П., Никитин A.M., Попов A.A., Синицин Н.В. АЦП угла на вращающемся трансформаторе с цифровой коррекцией // ИТ. 1978. - № 7. -с.27-28.

49. Заволокин А. К. Последовательные преобразователи непрерывных величин в числовые эквиваленты. М-Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 71 с.

50. Зверев А.Е., Максимов В.П., Мясников В.А. Преобразователи угловых перемещении в цифровой код. -Л.: Энергия, 1974. 184 с.

51. Земельман М.А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных устройств. -М.: Изд-во стандартов, 1972. 199 с.

52. Иванов Ю.Д., Логинов A.B. Двухотсчетный преобразователь угол-код ПУФ-ЛН-К2-1516 // Измерительная техника. 1984. - № 6. - с.13-15.

53. Игнатов В.А., Конарев А.П., Корицкий A.B., Петропольский Н.В. Прецизионный преобразователь угол-код // Труды МИРЭА. Вып. 47. - 1970. - с.48-52.

54. Измерения в промышленности: Справочное издание в 3-х кн. / Пер. с нем. под ред. П. Профоса. 2-е, пер. и доп. - М.: Металлургия, 1990. - Кн. 1. -492 с. Кн. 2. - 384 с. Кн. 3. - 344 с.

55. Исупов А.Н. Метод увеличения точности цифровых преобразователей угла // Измерительная техника. 1980. - № 3. - с. 10-11.

56. Исупов А.Н. Цифровой преобразователь угла с амплитудной интерполяцией // ВОТ. Сер. XX. - Вып. УУ. - 19ХХ - № 0. - с.00-00.

57. Исупов А.Н., Ирисов Г.В. Дсследование статической точности цифровых преобразователей угла с фазовым интерполированием методом статистических испытаний на ЭВМ // Межвуз. сб. Ижевск, 1977. - Вып. 11.- с.56-69.

58. Исупов А.Н. Анализ и классификация инструментальных погрешностей цифровых преобразователей угла трансформаторного типа. // Межвуз. сб. -Ижевск, 1978.-Вып. 3. с.162-167.

59. Исупов А.Н. Математическая модель цифрового преобразователя угла с амплитудной интерполяцией // Дискретные системы обработки информации /Межвуз. сб.-Ижевск, 1979.-Вып. 2. с. 129-133.

60. Исупов А.Н. Исследование чувствительности и точности трансформаторных ЦПУ с фазовой интерполяцией // Тез. докл. II Всесоюз. науч. конф. "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем" (1981; Москва). Москва, 1981. - с.99.

61. Исупов А.Н. Метод построения трансформаторных преобразователей угла с фазовой интерполяцией // Т,ез. докл. II Республ. конф. молодых ученых, посвященной 60-летию автономии УАССР (1981; Ижевск). Ижевск, 1981. -с.75-76.

62. Исупов А.Н. Структурные методы повышения точности цифровых преобразователей угловых величин // Сб. Газоструйные импульсные системы, Ижевск: Изд. ИжГТУ, 2000. с. 148-169

63. Кнорринг В.Г. Кодированная шкала как одно из основных понятий цифровой измерительной техники // Информационно-измерительная техника. Межвузовский сборник научных трудов. Пенза, НИИ, 1974, вып. 4, с.25-33.

64. Кнорринг В.Г. Цифровые средства измерений с пространственными инкрементными шкалами. Л.: Изд. ЛПИ, 1977. - 81 с.

65. Колотилин Е.Е. Об усреднении случайных погрешностей шага штрихов в линейных преобразователях с растровыми решетками // Измерительная техника. 1971 -№ 4. - с. 18-20.

66. Конюхов Н.Е., Медников Ф.М., Нечаевский М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. М.: Машиностроение, 1987. - 256 с.

67. Конюхов Н.Е., Скворцов Б.В., Курицкий A.A. Расчет электромагнитных полей в трансформаторных датчиках перемещений // Изв. вузов. Приборостроение. 1983. - № 6. - с.3-8.

68. Корнева Т.В. Средства измерения линейных и угловых величин // Измерительная техника. 1971. - № 2. - с.62-65.

69. Коробов А.Д. Серия цифровых преобразователей угла типа МП с насыщающимися считывающими элементами // ПСУ. 1978. - № 10. - с.23-24.

70. Косинский A.B. и др. Аналого-цифровые преобразователи перемещений. М.: Машиностроение. - 1991. - 224 с.

71. Косинский A.B. Аналого-цифровой преобразователь перемещений с многоканальным фазовращателем // Измерительная техника. 1975. - № 11.-с.30-32.

72. Косинский A.B. Принципы построения фазовых преобразователей // Приборы и системы управления. 1975. № 3. - с.45-47.

73. Косинский A.B., Макаров В.В., Хохлов А.Ф. Емкостный синусно-косинусный датчик перемещения // Устройства и системы автоматики / Труды МИЭМ. Вып. 47. - М.: Изд. МИЭМ, 1975. - с.47-55.

74. Косинский A.B., Матвеевский В.Р. Одноканальные растровые преобразователи перемещений в фазовый сдвиг // Устройства и системы автоматики / Труды МИЭМ. Вып. 47. - М.: Изд. МИЭМ, 1975. - с.69-74.

75. Кривенков В.В. Автоматический контроль и проверка преобразователей угловых и линейных величин. Л.: Машиностроение, 1986. - 247 с.

76. Кудрявцев В.Б., Лысенко А.П., Тищенко Н.М. Прецизионные преобразователи сигналов и угловых перемещений на принципах квантовой магнитометрии. -М.: Энергия, 1971. 120 с.

77. Кудряшов Б.А., Смирнов Ю.С., Шишков А.Б. Амплитудный преобразователь "угол-код" с синусно-косинусным вращающимся трансформатором // Измерительная техника. 1984. - № 8. - с.20-21.

78. Куликовский Л.Ф., Конюхов Н.Е., Медников Ф.М. Трансформаторные функциональные преобразователи с профилированными вторичными контурами. М.: Энергия, 1971. - 103 с.

79. Ломаев Г.В., Тихонов Г.А. Кодовый датчик положения — структурная модель процесса считывания информации с кодовых шкал // Авто автоматические устройства учета и контроля. Вып. 8. - Изд. «Удмуртия». - 1973. -с.25-31

80. Ломаев Г.В., Исупов А.Н., Штин A.A. Прецизионный преобразователь угол-код с трансформаторными датчиками // Автоматические устройства учета и контроля. Ижевск, 1975. - Вып. X. - с.28-31.

81. Магнитомодуляционные преобразователи угла поворота в код / Л.В. Шульгин, H.A. Демина, И.Е. Каган, Н.Д. Соколова. М.: Энергия, 1968. -87 с.

82. Майоров С.А., Меськин И.Я., Энделадзе Э.Л. Построение функциональных кодовых масок для преобразователей угол-код // Изв. вузов. Приборостроение. Т. XI. - 1968. - № 8. - с.55-59.

83. Марков H.H. Основные направления развития и задачи автоматизации измерений линейных и угловых размеров в машиностроении // Механизация и автоматизация линейно-угловых измерений. М.: МДНТП, 1985. - с.3-11.

84. Матвеевский В.Р. Аналого-цифровые преобразователи микроперемещений // ИТ. 1978. - с.29-30.

85. Меськин И.Я. Фотоэлектрические преобразователи угловой величины в цифровой код. Л.: Судпромгиз, 1962. - 80 с.

86. Меськин И.Я., Майоров С.А. Фотоэлектрический преобразователь угол-код с точечным источником излучения // Изв. вузов. Приборостроение. -Т. XII. 1969. -№ 4. - с.68-73.

87. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации / Под ред. В.Б. Смолова. JL: Энергия, 1976. - 336 с.

88. Мироненко A.B. Фотоэлектрические измерительные системы (измерение линейных и угловых величин). М.: Энергия, 1967. - 360 с.

89. Мольнар А.Г. Структура кодовых масок для преобразователей угол-код // Измерительная техника. 1973. - № 6. - с.22-23.

90. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.: Энергия, 1968. - 248 с.

91. Новицкий П.В., КноррингВ.Г., ГутниковВ.С. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л.: Энергия, 1970. - 424 с.

92. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы Киев: Вища школа, 1973. 552 с.

93. Орнатский П.П., Скрипник Ю.А., СкрипникВ.И. Измерительные приборы периодического сравнения. М.: Энергия, 1975. - 232 с.

94. Островский Л.А. Основы общей теории электроизмерительных устройств. Л.: Энергия, 1971. - 544 с.

95. Персии С.М. Количество информации при цифровом измерении // Измерительная техника. 1964. -№ 7. - с. 5-9.

96. Петров Б.Н. и др. Принцип инвариантности в измерительной технике. М.: Наука, 1976. - 236 с.

97. Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи / Под ред. В.Б. Смолова и H.A. Смирнова. Л.: Энергия, 1967. - 321 с.

98. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах / Под ред. Г.М. Петрова. М.: Машиностроение, 1973. -360 с.

99. Преснухин J1.H., Шаньгин В.Ф., Шаталов Ю.А. Муаровые растровые датчики положения и их применение. М.: Машиностроение, 1969. - 204 с.

100. Прецизионные датчики угла с печатными обмотками. Л.Н. Сафонов, В.Н. Волнянский, А.И. Окулов, В.Н. Прохоров. М.: Машиностроение, 1977.

101. Проблемы создания преобразователей формы информации. (Материалы II Всесоюзного симпозиума.) Киев: Наукова думка, 1973. - 539 с.

102. Рабинович В.И., Цапенко М.П. Информационные характеристики средств измерения и контроля. М-'- Энергия, 1968. - 96 с.

103. Радченко А.Н. Кодовые кольца как способ представления кодовых множеств. Автоматика и телемеханика, № 7, 1959.

104. Разработка электромеханической части автономной системы гидиро-вания телескопа Т-170. Ч. 2: Отчет о НИР КБ 77-01 (Заключ.) / А.Н. Исупов и др.; ОКТБ "Восход"; Рук. А.Н. Исупов. № ГР0192006238. - Ижевск, 1990. -127 с.

105. Роберте Ф. Об одном способе преобразования угла поворота в цифровую форму // Электроника. 1970. - № 7. - с.28-31.

106. Розенберг В.Я. Введение в теорию точности измерительных систем. М.: Советское радио, 1975. - 304 с.

107. Саркисян P.A., МиракянВ.В. Фотоэлектрический малогабаритный цифровой преобразователь угла // ПСУ. 1978. - № 10. - с.26-27.

108. Сафонов JI.H. Системный метод обеспечения точности измерения угловых и линейных перемещении // Измерительная техника. 1977. - № 10. -с.26-28.

109. Сверкунов Ю.Д., Третьяков Ю.В. О сопряжении грубого и точного каналов при преобразовании угол фаза - код // Вопросы радиоэлектроники. -1962. - Сер. XII. - Вып. 22. - с.38-42.

110. Скрипник Ю.А. Методы преобразования и выделения измерительной информации из гармонических сигналов. Киев.: Наукова думка, 1971. -264 с.

111. Скрипник Ю.А. Повышение точности измерительных устройств. -Киев: Техника, 1976. 264 с.

112. Соболев B.C., ШкарлетЮ.М. Накладные и экранные датчики. Новосибирск: Наука. - 1976. - 143 с.

113. Орнадский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. «Вища школа». - 1976. - 432 с.

114. Филиппов В.Г., Цифраторы перемещений. М.: Воениздат, 1965. -143 с.

115. Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. JI.H. Преснухина. М.: Машиностроение, 1974. - 376 с.

116. Функциональный преобразователь угол-амплитуда-код / Б.А. Кудрящов, В.В. Макаров, Ю.С. Смирнов, А.Б. Шишков // Метрология. -1980. № 8. - с.20-26.

117. Шаньгин В.Ф., ВысотинВ.А. Фотоэлектрические преобразователи перемещение-код с использованием потенциометрического фазовращателя // Приборы и системы управления. 1975. - № 3. - с.47-49.

118. ШаринЮ.С., Либерман Я.Л., АнаховВ.Я. Комбинаторные шкалы в системах автоматики. М.: Энергия, 1973. - 112 с.

119. ШколинВ.П. Богданов А.В. Богданов Ю.А. Малогабаритные индуктивные преобразователи угол-код // Приборы и системы управления. 1975. -№ 4. - с.29-30.

120. Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией / Под ред. А.А. Ахметжанова. М.: Энергия, 1978. - 224 с.

121. Якубайтис Э.А. Логические автоматы и микромодули. Рига: «Зи-натне», 1975. - 259 с.

122. Hardway E.V. Position sensor combines low cost with high accuracy and reliability // Electronics. 1971. - № 17. - p.86-88.

123. RatnerK.M. Analog to digital converters // Electromech. Design. 1965. -T. 9. -№ 1.

124. Strandt E.R. Hall-effect incremental angle encoder // IEEE Trans. Instrum. and Measur. (formerly "IRE Trans. Instrum."). 1963. — V. 12. - № 1.

125. Jacques Dutka. Some graphical approaches to coding problems. RCA Review, № 4, декабрь, 1957.

126. Foss. The use of a Reflected Code in Digital Control Systems. Transactions of the Institute of Radio Engineers, v EC-3 № 4, декабрь, 1954.

127. G. D. Beinhocker. Gray-to-binary Converter Electronics, № 4, 27.1.1961.

128. Faster Shaft Encoders Produced with New Magnetic Technique. Automatic Control, октябрь, 1960.

129. New Encoder Utilizes Magnetic Readout Principles. Automatic Control, декабрь, 1958.

130. A.K. Susskind. Notes on Analog-Digital conversion techniques.

131. A.C. 556473 СССР, МКИ4 G 08 C9/00. Преобразователь угла поворота вала в код / Е.А. Буланов, Б.Т. Головченко, Б.М. Аршава и др. -№ 2306117/24; Заявл. 30.12.75; опубл. 30.04.77. -Бюл. № 16.

132. А.С. 561206 СССР, МКИ4 G 08С9/00. Преобразователь угла поворота вала в код / Е.А. Буланов, Е.С. Горюнов, Б.Т. Головченко и др. -№ 2167522/24; Заявл. 15.08.75; опубл. 05.06.77. Бюл. № 21.

133. A.C. 147115. Цифровой индукционный датчик / В.М. Хуторецкий. -опубл. в БИ 1962. - № 9.

134. A.C. 151883. Бесконтактный импульсный преобразователь /

135. A.B. Алферов, A.B. Богданов, А.И. Ивушкин. опубл. в БИ - 1962. - № 22.

136. A.C. 377839 (СССР). Преобразователь угол-код / В.Г. Домрачев. Опубл. опубл. в БИ - 1973. - № 18.

137. A.C. 447738 (СССР). Электромагнитный преобразователь угол-код /

138. B.Г. Домрачев, Н.И. Куренков. опубл. в БИ - 1974. - № 39.

139. A.C. 139218. Кл. 4в, 801. Преобразователь цифрового кода в угол поворота вала / Филиппов В.Г. опубл. в БИ - 1961. - № 12.

140. A.C. 317090. Способ преобразования угла поворота вала фазовращателя в код / Г.И. Курахтанов, А.И. Москалев, В.Ф. Тараев // Открытия. Изобретения. Прмышленные образцы. Товарные знаки. 1971. -№ 30. - с.181.

141. A.C. 409268. Преобразователь угол-фаза-код / Ю.А. Другов, Г.И. Курахтанов, А.И. Москалев, Ю.Е. Рабкин, Н.И. Филиппов // опубл. в БИ -1973. № 48. - с. 125.

142. A.C. 128762. Позиционный преобразователь угла поворота вала в код / Г.Н. Валаев, В.П. Портячко. опубл. в БИ - 1960. - № 10.

143. A.C. 222758. Магнитный преобразователь типа "вал-код" / В.М. Вальков. опубл. в БИ - 1968. - № 23.

144. A.C. 134483 от 03.01.1960. Двухотсчетный прибор "вал-цифра" / Ацюковский В.А. опубл. в БИ - 1960. - № 24.

145. A.C. 161642. Фотоэлектрический датчик для преобразования угловых и линейных перемещений в цифровой код / Б.Я. Карасик. опубл. в БИ - 1964. -№7.-14.02.63.

146. A.C. 167448. Фотоэлектрический двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код / Б.Я. Карасик. опубл. в БИ - 1965. - № 1. -06.02.63.

147. А.С. 165654. Оптический преобразователь угла поворота в электрический сигнал. 21.03.63. - опубл. в БИ - 1964. - № 19.

148. А.С. 468283. Способ определения положения кодовой шкалы / Г.В. Ломаев, А.Н. Исупов. опубл. в БИ - 1975 - № 15.

149. А.С. 815473. Трансформаторный преобразователь перемещений / А.Н. Исупов, А.А. Штин. опубл. в БИ - 1981 - № 11.

150. А.С. 844989. Устройство для измерения перемещений / А.А. Штин, А.Н. Исупов. опубл. в БИ - 1981 т№ 25.

151. А.С. 987374. Устройство для измерения линейных перемещений / А.А. Штин, А.Н. Исупов, Э.А. Ветриченко, О.А. Евсеев. опубл. в БИ - 1983 -№ 1.

152. А.С. 1193447. Устройство для измерения перемещений / А.А. Штин, А.Н. Исупов, Н.И. Болдышев, Ю.В. Пиотрович. опубл. в БИ - 1985 - № 43.

153. А.С. 1195181. Устройство для измерения перемещений / А.А. Штин, А.Н. Исупов. опубл. в БИ - 1985 - № 44.

154. Патент США № 2872671 от 3.2.1959. С.A. Walton Shaft positions indicating device.

155. Патент США №2880410 от 31.3.1959. M.S. Postman Analog-Digital Transducer.

156. Патент США №2977582 от 28.3.1961. L.L. Wolman Analog-Digital Converter.

157. Патент США № 2966670 от 27.12.1960. F.A. Foss Control systems.

158. Патент США № 2873441 от 10.2.1959. С.A. Miller Converter.

159. Патент США №3019427 от 30.1.1962. С.Р. Spaulding. Shaft Position Encoder.

160. Патент США № 2859432 от 4.11.1958. С.Р. Spaulding Code generating device.

161. Патент США № 3003145 от 3.10.1961. G. Wolff Inductive Digital Encoders.191

162. Патент США №3041598 от 26.6.1962. Betts Electronic Translating Means.

163. Патент США № 2909717 от 20.10.1959. L.R. Hulls. Analogue to Digital Converter Apparatus.

164. Патент США № 2966671 от 27.12.1960. M.C. About. Data Transformation Systems.