priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-2-132-139pribor-301Research ArticleНАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИSCIENTIFIC AND PRACTICAL DEVELOPMENTSПроблематика улучшения характеристик фотоэлектрических преобразователей углаProblem of Improving the Characteristics of Photoelectric Angle ConvertersБайденкоС. В.BaidenkoS. V.

Сергей Викторович Байденко — АО НИТИ„Авангард“; ведущий инженер

Sergey V. Baidenko — Leading Engineer

thesergio@yandex.ruНИТИ „Авангард“SRTI Avangard JSC202202122024652132139Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/301

Проанализированы проблемы и ограничения, связанные с улучшением параметров точности, разрешающей способности, показателей надежности, а также с уменьшением значений массогабаритных характеристик фотоэлектрических преобразователей угла в изделиях с высокой степенью надежности. Систематизируются степень влияния и причинно-следственные взаимоотношения факторов, препятствующих улучшению основных параметров датчиков угла поворота, а также дается заключение о возможных направлениях снижения их воздействия в целях улучшения характеристик преобразователей.

The current problems and limitations associated with improving the accuracy parameters, resolution, reliability indicators, as well as reducing the mass and size characteristics of photoelectric digital angle converters in products with a high degree of reliability, are analyzed. The degree of influence and causal relationships of factors preventing the improvement of the main parameters of the rotation angle sensors are systematized, and a conclusion on possible directions of reducing their impact to improve the characteristics of the converters is given.

фотоэлектрический цифровой преобразователь углаэнкодердатчик углового положенияпреобразователь угол-кодточностьнадежностьразрешающая способностьphotoelectric digital angle converterencoderangular position sensorangle-code converteraccuracyreliabilityresolutionReferencesДомрачев В. Г., Мейко Б. С. Цифровые преобразователи угла: принципы построения, теория точности, методы контроля. М.: Энергоатомиздат, 1984. 328 с.Domrachev V.G., Meiko B.S. Tsifrovyye preobrazovateli ugla: printsipypostroyeniya, teoriya tochnosti, metody kontrolya (Digital Angle Transducers: Principles of Construction, Theory of Accuracy, Control Methods), Moscow, 1984, 328 р. (in Russ.)Пат. СССР 1619398. Преобразователь угол-код / И. В. Меськин, Л. Н. Мальцев, Ю. А. Сторожук, А. А. Ожиганов. Заявл. 24.11.1987, опубл. 07.01.1991.Patent USSR 1619398, Preobrazovatel' ugol-kod (Angle-Code Converter), I.V. Meskin, L.N. Maltsev, Yu.A. Storozhuk, A.A. Ozhiganov, Priority 24.11.1987, Published 07.01.1991. (in Russ.)Пат. РФ 79360U1. Преобразователь угол-код / А. А. Ожиганов. Заявл. 28.07.2008, опубл. 27.12.2008.Patent RU 79360U1, Preobrazovatel' ugol-kod (Angle-Code Converter), A.A. Ozhiganov, Priority 28.07.2008, Published 27.12.2008. (in Russ.)Пат. РФ 2553079С1. Инверсно-сопряженная кодовая шкала / К. М. Ростовский, П. А. Прибыткин, А. А. Ожиганов. Заявл. 15.11.2013, опубл. 10.06.2015.Patent RU 2553079С1, Inversno-sopryazhennaya kodovaya shkala(Inverse Conjugate Code Scale), K.M. Rostovskiy, P.A. Pribytkin, A.A. Ozhiganov, Priority 15.11.2013, Published 10.06.2015. (in Russ.)Pat. US20190170539. Inductive position detector / M. A. Howard, D. Kreit. Publ. 2019-06-06.Patent US2019017053, Inductive position detector, M.A. Howard, D. Kreit, Published 2019-06-06.Pat. US10823550. Optical position measuring device / K. Sändig, W. Huber. Publ. 2020-11-03.Patent US10823550, Optical position measuring device, K. Sändig, W. Huber, Published 2020-11-03.Pat. WO2021116660. Rotary encoder / F. J. Evans, J. R. Henshaw. Publ 2021-06-17.Patent WO2021116660, Rotary encoder, F.J. Evans, J.R. Henshaw, Published 2021-06-17.Асиновский Э. Н. и др. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Под ред. А. А. Ахметжанова. М.: Энергоатомиздат, 1986. 128 с.Asinovsky E.N. et al. Vysokotochnyye preobrazovateli uglovykh peremeshcheniy(High-Precision Angular Displacement Transducers), Moscow, 1986, 128 р. (in Russ.)Riedl M. Optical Design Fundamentals for Infrared Systems. Bellingham, WA: SPIE Press, 2001. 202 p.Riedl M. Optical Design Fundamentals for Infrared Systems, Second Edition, Bellingham, WA, SPIE Press, 2001, 202 p.Renishaw Plc. The accuracy of rotary encoders. 2019 [Электронный ресурс]: <https://resources.renishaw.com/ en/details/white-paper-the-accuracy-of-angle-encoders--113122>. (дата обращения: 18.08.2021)Renishaw Plc. The accuracy of rotary encoders, 2019, https://resources.renishaw.com/en/details/white-paper-the-accuracy-of-angle-encoders--113122.Востоков С. Б. Интерполяционные цифровые преобразователи угла. Л.: ЦНИИ „Румб“, 1987. 62 с.Vostokov S.B. Interpolyatsionnyye tsifrovyye preobrazovateli ugla (Interpolating Angle Digitizers), Leningrad, 1987, 62 р. (in Russ.)Volder J. E. The CORDIC trigonometric computing technique // IRE Trans. Electron. Comput. 1959. EC-8, is 3. P. 330—334.Volder J.E. IRE Trans. Electron. Comput., 1959, no. 3(EC-8), pp. 330–334.Калачев А. В. Быстрая тригонометрия: математический ускоритель CORDIC в микроконтроллерах STM32G4 [Электронный ресурс]: <https://www.compel.ru/lib/140072>. (дата обращения: 21.08.2021)https://www.compel.ru/lib/140072. (in Russ.)STMicroelectronics. Getting started with the CORDIC accelerator using STM32CubeG4 MCU Package [Электронный ресурс]: <https://www.st.com>. (дата обращения: 11.08.2021)STMicroelectronics. Getting started with the CORDIC accelerator using STM32CubeG4 MCU Pa, https://www.st.com.Smirnov N. V., Latyev S. M., Theska R. Adjustment and evaluation of incremental optical rotary encoders // Shaping the Future by Engineering. 2014. Vol. 58, N 4. P. 4.Smirnov N.V., Latyev S.M., Theska R. Shaping the Future by Engineering, 2014, no. 4(58), pp. 4.Celera motion. How does scale eccentricity or bearing runout affect angular error? [Электронный ресурс]: <https://www.celeramotion.com/microe/support/faqs/how-does-scale-eccentricity-or-bearing-runout-affect-angular-error/>. (дата обращения: 26.08.2021)Celera motion. How does scale eccentricity or bearing runout affect https://www.celeramotion.com/microe/support/faqs/how-does-scale-eccentricity-or-bearing-runout-affect-angular-error.NSK Europe Ltd. Bearing life – Calculating the basic fatigue life expectancy of rolling bearings [Электронный ресурс]: <https://www.nskeurope.com/content/dam/nskcmsr/downloads/literature_bearing/P_TI-0102_EN.pdf>. (дата обращения: 22.08.2021)NSK Europe Ltd. Bearing life – Calculating thebasic fatigue life expectancy of rolling bearing, https://www.nskeurope.com/content/dam/nskcmsr/downloads/literature_bearing/P_TI-0102_EN.pdf.Ожиганов А. А., Прибыткин П. А. Исправление одиночных ошибок в цифровых преобразователях угла на основе рекурсивных шкал // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 7. С. 620—625.Ozhiganov A.A., Pribytkin P.A. Journal of Instrument Engineering, 2020, no. 7(63), pp. 620‒625. (in Russ.)Johnston A. Optoelectronic devices with complex failure modes [Электронный ресурс]: <https://trs.jpl.nasa.gov/handle/2014/15609>.Johnston A. Optoelectronic devices with complex failure modes, https://trs.jpl.nasa.gov/handle/2014/15609.Marshall C., Marshall P.Proton Effects and Test Issues for Satellite Designers: Displacement Effects [Электронный ресурс]: <https://ntrs.nasa.gov/citations/19990099117>. (дата обращения: 19.08.2021)Marshall C., Marshall P. Proton Effects and Test Issues for Satellite Designers: Displacement Effe, https://ntrs.nasa.gov/citations/19990099117.European Space Agency. Position sensor: European space technology harmonization technical dossier, 2009 [Электронный ресурс]: <https://www.sme4space.org/wp-content/uploads/harmonisationbrochure2016finale1.pdf>.European Space Agency. Position sensor: European space technology harmonization technical dossier, 2009, https://www.sme4space.org/wp-content/uploads/harmonisationbrochure2016finale1.pdf.Pat. US20090084945. Photodiode array for an optical encoder, photodiode detection system, and optical encoder / R. E. Franklin. Publ. 2010-03-16.Patent US20090084945, Photodiode array for an optical encoder, photodiode detection system, and optical encoder, R.E. Franklin, Published 2010-03-16.Королев А. А., Королев А. В., Тюрин А. В., Мухина Е. В. Комплектование шариковых подшипников по критериям минимальной нагрузки на тела качения и требуемой величины зазора. М.: ИНФРА-М, 2021. 248 с.Korolev A.A., Korolev A.V., Tyurin A.V., Mukhina E.V. Komplektovaniye sharikovykh podshipnikov po kriteriyam minimal'noy nagruzki na tela kacheniya i trebuyemoy velichiny zazora(Completion of Ball Bearings According to the Criteria of the Minimum Load on the Rolling Elements and The Required Clearance), Moscow, 2021, 248 р. (in Russ.)Li X., Ye G., Liu H., BanY., Shi Y., Yin L., Lu B.A novel optical rotary encoder with eccentricity self-detection ability // Review of Scientific Instruments. 2017. Vol. 88, N 11. P. 115005.Li X., Ye G., Liu H., Ban Y., Shi Y., Yin L., Lu B. Review of Scientific Instruments, 2017, no. (88), pp. (11), p. 115005.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.