Прототипом 'рассматриваемого преобразователя можно считать устройства для электрической редукции, используемые в электрон­ной части некоторых параметрических, например емкостных, преоб­разователей типа угол — код. В качестве чувствительного элемента в нем может быть использован квантовый или протонно-прецессион­ный датчик, а в качестве измерительного устройства — компенсиро­ванная система на основе преобразователя типа угол — код с двумя магнитными системами [Л. 38], одна из которых связана с входом измерителя, а вторая — с выходным валом.

Благодаря использованию редукции, получаемой путем умноже­ния начальной частоты датчика, достигается упрощение конструк­ции кодового диска, а за счет умножения частоты в измерителе до­стигается увеличение начального угла поворота входного вала, в ре­зультате чего кодовый диск удается выполнить с уменьшенным числом разрядов. Это устройство может оказаться полезным в си­стемах автоматического контроля угловых перемещений, причем его использование наиболее эффективно в случае измерения малых углов, когда к соответствующим измерителям предъявляются весьма жест­кие требования. На рис. 2-3 показана блок-схема устройства для автоматического измерения угловых перемещений с частотным ре­дуктором, где 1 — частотный датчик, преобразующий напряженность магнитного поля в частоту; 2 — кольца Гельмгольца, обтекаемые по­стоянным током и включенные последовательно с подвижным маг­нитным контуром 3 (кольца имеют степень свободы относительно оси 001 и изменяют свое угловое положение при работе привода 5); 3 — подвижный магнитный контур, угловое положение которого за­дается входным валом 12; 4 — считывающее устройство и кодовый диск; 5 — привод колец Гельмгольца; 6 — частотное сравнивающее устройство, управляющее приводом 5; 7 — умножитель частоты; 8— усилительный блок; 9 — программный блок и источник возбуждаю­щих сигналов (в случае использования протонно-прецессионных дат­чиков); 10— фильтр, настроенный на частоту датчика, соответст­вующую исходному положению магнитных контуров редуктора; 11— генератор эталонной частоты; 12 — входной вал; 13—магнитный экран, выполненный нз пермаллоя; 14 — проводящий экран из алю­миния для уменьшения наводок.

Принцип действия измерителя заключается в следующем.

В объеме, экранированном с помощью экранов 13 и 14 от внеш­них постоянных и переменных магнитных полей, помещаются частот­ный датчик 1, а также две магнитные системы 2 и 3, создающие поля с напряженностью Ню и Я2о.

Будем считать положение осей магнитных систем 2 и 3 исход­ным, когда векторы Н и Н2о направлены строго в противоположные стороны.

В зоне частотного датчика образуется суммарное поле, величина которого связана с углом а следующим соотношением:

На выходе частотного датчика, поляризуемого сигналом с выхо­да блока 9, а также на выходе усилителя 8 при наличии угла по­ворота входного вала появляется сигнал, частота которого опреде­ляется гиромагнитным отношением ядра и модулем суммарной на­пряженности магнитного поля:

(2-25)

а на выходе фильтра 10 появляется сигнал разностной частоты

(2-26)

где /о — частота опорного генератора И.

В исходном состоянии измерителя привод 5 включается так, чтобы эта разность частот стала равна нулю, после чего привод выключается, измеритель оказывается в исходном положении.

В режиме измерения после некоторого разворота входного вала, приводящего К появлению результирующего ПОЛЯ #£2, на входе умно­жителя формируется сигнал с частотой f2> несущей полезную инфор­мацию.

После окончания счета импульсов частоты m(f2—/о) их число запоминается в регистре сравнивающего устройства 6, умножитель частоты отключается от входа фильтра и включается на выход опор

tidfo генератора; привод 5 включается так, чтобы происходило даль­нейшее увеличение угла между магнитными системами 2• и 3. Те­перь ведется контроль разности между частотой датчика /з (без ее умножения) и умноженной в т раз частотой опорного генератора т{о. После достижения равенства кода этой разностной частоты и полученного ранее кода привод выключается. В это время выполня­ется условие

т (f2 — /о) = Га mfо, (2-27)

где /2 — частота, соответствующая напряженности магнитного по­ля Hz2> }'з — значение частоты в момент срабатывания сравниваю­щего устройства.

При этом частота f'a оказывается в т раз больше частоты f2. Поэтому в зоне магнитных контуров создается магнитное поле //Е3,

превышающее в т раз начальное значение, а при малых углах угол ро оказывается в т раз больше угла а0:

(2-28)

р0 = /яа0. |

В соответствии с формулой (1-19) в т раз возрастает и ампли­туда сигнала на выходе частотного датчика.

При небольших углах поворота порядка нескольких десятков угловых секунд устройство обладает достаточной для ряда 'Практи­ческих задач линейностью. Диапазон измеряемых углов определя­ется по формуле (2-24), если результирующую напряженность //13 принять равной максимальной напряженности в измерителе и учесть коэффициент умножения

""t"" • <2-29>

откуда

71 (2-30)

Если к точности измерения угловых перемещений предъявляются невысокие требования, то при угловых перемещениях на уровне не­скольких угловых минут необходимая для работы измерителя ста­бильность магнитных полей Н10 и Я2о достигается легко. В более сложных случаях оказывается целесообразным использовать диффе­ренциальную систему, рассмотренную в предыдущем параграфе.