SU1190265A1 - Способ измерени частоты вращени вала и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ измерени  частоты вращени  вала путем модул ции сигнала на выходе индукционного фазовращател  и измеренн  его фазы, отличающи. йен тем, что, с целью повышени  точности при сохранении быстродействи  и диапазона измерени , мгновенное значение напр жени  на выходе индукционного фазовращател  фнкснруют в момент времени, кратный периоду напр жени  питани  индукционного фазовращател , затем измер ют интервал времени от момента перехода напр жени  пнтанн  индукционного фазовращател  через нуль до момента до(;тизкени  этим напр жением величины зафиксированного напр жени , по. величине которого суд т о частоте вращени  вала. 2. Устройство дл  измерени  частоты вращени  вала, содержащее индукционный фазовращатель , генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпаденн , выход первой схемы совпаденн  св зан с первым входом первого счетчика импульсов, а его выход - с входом нуль-органа, выход второй схемы совпадени  - с входом второго счетчика импульсов, а его выход соединен с входом первого буферного регистра, отличающеес  тем, что оно снабжено схемой выборки-храненн  аналогового сигнала, двум  схемами определени  модул , трем  узлами сравнени , трем  триггерами, третьей-п той схемами совпаденн  и вторым буферным регистром, причем выход индукционного фазовращател  подключен к Первому входу схемы выборки-храненн  аналогового сигнала, выход которой соединен с входом второго буферного регистра и с входом первой схемы определени  модул , выход которой соединен с вторым входом первого узла сравнени , первый вход индукционного фазовращател  соединен с входом второй схемы определени  модул , выход которой св зан с первым входом первого узла сравнени  и с входом второго узла сравнени , выходы первого и второго узkn лов сравнени  подключены к первым входам четвертой и третьей схем совпадени  соответственно, а вторые входы третьей и четвертой схем совпадени  соединены с выходом нуль-органа, выход третьей схемы совпаденн  св зан с первым, а выход четвертой - с вторым входами первого триг-. гера, выход которого соединен с вторым входом второй схемы совпаденн , выход нуль-органа соединен с вторым входом схемы выборки-хранени  аналогового сигнала и с первым входом второго триггера, выход которого св зан с вторым входом первой схемы совпаденн , второй вход зтого трнггера подключен к выходу п той схемы, совпаденн  н к первому вхьду третьего трнггера, второй вход этого трнггера соединен с выходом четвертой схемы совпаденн  и с вторым входом первого счетчика импульсов, выход индукционного фазрвраща-. тел  св зан с входом третьего узла сравнени , выход которого соединен с первым входом п той схемы совпаденн , второй вход которой соединен с выходом третьего трнггера.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в ши рокодиапазонных автома.тических системах равлени  . электроприводами, например, машин термической резки и станков с программным управлением. Известен способ определени  скорости вращени , основанный на фазовом модули ровании сигнала на выходе фазовращател  1. Недостатками такого способа  вл ютс  невысока  точность и малый диапазон изм рени  скорости вращени . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ измерени  скорости врашени вала, основанный на измерении ухода фазы начала (п-ь1)-го периода сигнала на выход индукционного фазовращател  по сравнению с фазой начала (п+1)-го периода эталонно го напр жени , питающего фазовращатель, где п - заданное число периодов измерени  2. Наиболее билзким техническим решением дл  реализации предлагаемого способа  вл  етс  устройство, содержащее индукционный фазовращатель, формирователь, счетчик пер одов, две схемы совпадени , генератор им пульсов, два счетчика импульсов, буферйый регистр, причем вход формировател  подключен к выходу фазовращател , а его выход - к входу счетчика периодов, выход которого соединен с первыми, входами схем совпадени , вторые входы кото рых св заны с выходом генератора импульсов , выход первой схемы совпадени  подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, выход которого через нул . орган соединен с третьими входами схем совпадени , причем выход второй схемы совпадени  подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, а выходы первого и второго счетчиков св заны с входами буферного регистра 2. Однако при измерении известным способом имеет место нелинейность, котора  снижает точность измерени . При этом нелинейность возрастает с ростом максимальной частоты вращени  вала фазовращател . Цель изобретени  - повышение точности при одновременном сохранении быстродействи  и диапазона измерени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в способе, основанном на модул ции сигнала на выходе индукционного фазовращател  и измерении его фазы, мгновенное значение напр жени  на выходе индукционного фазовращател  фиксируют в момент 52 времени, кратный nepHo;iy напр жени  питани  ин)укционного фазовращател , затем измер ют интервал времени от момента перехода напр жени  питани  индукционного фазовращател  через нуль до момента достижени  этим напр жением величины зафиксированного напр жени , по величине которого суд т о частоте, вращени  вала. Устройство дл  измерени  частоты вращени  вала , содержащее индукционный фазовращатель , генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпадени , выход первой схемы совпадени  св зан с первым входом первого счетчика импульсов, а его выход - с входом нуль-органа,, выход второй схемы совпадени  - с входом второго счетчика импульсов, а его выход соединен с входом первого буферного регистра, снабжено схемой выборкихранени  аналогового сигнала, двум  схемами определени  модул , трем  узлами «сравнени , трем  триггерами, третьей-п той схемами совпадени  и вторым буферным регистром. Причем выход индукционного фазовращател  подключен к первому входу схемы выборки-хранени  аналогового сигнала, выход которой соединен с входом второго буферного регистра и с входом перъо  схемы определени  модул , выход которой соединен с вторым входом первого узла сравнени , первый вход индукционного фазовра-. щател  соединен с входом второй схемы определени  модул , выход которой св зан с первым входом первого узла сравнени  и с входом второго узла сравнени , выходы первого и второго узлов сравнени  подключены к первым входам четвертой и третьей схем совпадени  соответственно, а вторые вхоЩ) третьей и четвертой схем совпадени  соединены с выходом нуль-органа, выход третьей схемы Совпадени  св зан с первым , а выход четвертой - с вторым входами первого триггера, выход которого соединен с вторым входом второй схемы совпадени , выход нуль-органа соединен с вторым входом схемы выборки-хранени  аналогового сигнала и с первым входом второго триггера, выход которого св зан с вторым входом первой схемы совпадени , второй вход этого триггера подключен к выходу п той схемы совпадени  и к первому входу третьего триггера, второй вход этого триггера соединен с выходом четвертой схемы совпадени  и с вторым входом первого счетЗДка импульсов, выход индукционного фазовращател  св зан с входом третьего узла сравнени , выход которого соединен с первым входом п той схемы совпадени , второй вход которой соединен с -выходом третего триггера.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы , по сн ющие предлагаемый способ; на фиг. 2 - функциональна  схема устройства , реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3 - временные диаграммы, по сн ющие реализацию предлагаемого способа в этом устройстве..

На чертежах прин ты следующие обозначени : , Ц - сигнал на выходе индукционного фазовращател  ( U(p4 - при положительном направлении вращени  вала, (J, при отрицательном направлении вращени  вала); 2 - врем  измерени ; - мгновенное значение напр жени  на выходе индукционного фазовращател  в момент Р,

UQ - напр жение питани  индукционного фазовращател ; .ui - измер емый интервал времени; Ц- - число импульсов, определ юшее измер емую скорость; N п - число нмпульсов высокой частоты i , соответствующее (1 периодам измерени ; ig частота вращени  фазовращател ; Uex сигнал на выходе схемы выборки-хранени ;

- врем  хранени  зафиксированного уровн  напр жени ; X - сигнал направлени  вращени  вала фазовращател .

Устройство дл  измерени  частоты вращени  вала содержит индукционный фазовращатель 1, узлы 2-4 сравнени , триггеры 5-7, схемы 8-12 совпадени , генератор 13 нмпульсов, счетчики 14 и 15 импульсов , нуль-орган 16, схему 17 выборкихранени  аналогового сигнала, схемы 18 н 19 определени  модул , буферные регистры 20 и Ъ.

В устройстве выход генератора 13 нмпул оов соединен с первыми входами схем 9 и 10 совпадени , выход схемы 9 совпадени св зан с первым входом счетчика 14 импульсов , выход которого соещтен с входом нуль-органа 16. Выход схемы 10 совпадени  соединен с входом счетчика 15 нмпульсов, а выход последнего с входом первого буферного регистра 20. Выход индукционного фазовращател  1 подключен к первому входу схемы 7 выборки-хранени  аналогового сигнала, выход которой соединен с входом буферного регистра 21 и с входом схемы 19 определени  модул , а ее выход - с вторым входом узла 3 сравнени . Первый вход индукционного фазовращател  1, на который подаетс  напр жение питани  фазовращател , соединен с входом схемы 18 определени  модул , выход которой св зан с первым входом узла 4 сравнени  и с входом узла 3 сравнени .

выход которого и выход узла 4 сравнени  соответственно подключены к первым входам схем 11 и 12 совпадени , а их вторые входы соединены с выходом нуль-органа 16. Выход схемы 12 совпадени  св зан с первым , а выход схемы 11 совпадени  - с вторым входагл триггера 7, выход которого соединен с вторым входами Tjmrrepa 7, выход которого соединен с вторыми входами схемы 10 совпад€ пш. Выход нуль-органа 16 также соединен с вторь м. входом схемы вы борки - хранени  аналогового сигнала 17 и с первым входом триггера 6, выход которого св зан с вторым входом схемы 9 совпадени . Второй вход триггера 6 подключен к выходу схемы 8 совпадени  и первому входу триггера 5, второй вход этого триггера 5 соединен с выходом схемы 11 совпадени  и вторым входом (входом записи ) счетчика 14 импульсов. Выход индукционного фазовращател  1 св зан с входом узла 2 сравнени , выход которого соединен с первым входом схемы 8 совпаденн , второй вход которой соединен с выхдом триггера 5.

Сущность предлагаемого способа заключаетс  в следующем.

С момента начала периода сигнала на выходе индукционного фазовращател  отмер ют врем 

2u-n|.io7

(I)

где ь ц - врем  измерени ;

и - число периодов измерени ; f - частота напр жени  питани  фазовращател .

При вращении вала индукционного фазовращател  с частотой i. частота сигнала Яф на его выходе равна (фиг. 1)

ВЫЛ - J

(2)

позтому в момент времени мгновенное значение напр жени  на выходе фазовращател 

ь,.Аб;42(оПвПУ,

где А - амплитуда сигнала на выходе инд )ционного фазовращател .

Это значение напр жени  запоминают с по-., мощью фиксатора уровн . Затем измер ют интервал времени между точкой перехода через нуль - синусоидального напр жени , питающего индукционный фазовращатель U А Qtn х (на возрастающей или на убьтающей его части) и точкой, в которой это синусои- j

дальное напр жение совпадает по величине с зафикснрованным уровнем. В этой последней точке справедливо соотношение

jUcJ lft9;n2 io&M (4)

Из (3) и (4) следует, что - 1 X JL

tt6ia.(5)

Измерение указанного интервала времени провод т в тот период напр жени  питани  индукционного фазовращател , который следует непосредственно за моментом IJ.

Полученное соотношение показывает св зь между интервалом времени ui и частотой вращени  вала фазовращател  ig .

Направление вращени  определ ют по знаку зафиксированного напр жени .

Предлагаемый способ позвол ет повысить точность измерени  частоты вращени  вала, так как обеспечивает линейную зависимость выходного сигнала от частоты вращени  вала индукциоиного фазовращател  во всем диапазоне измерени .

Устройство, реализующее предложенный способ , функционирует следующим образом.

В исходном состо нии в счетчике 14 записано число N f| , соответствующее И периодам измерени . Триггеры 6 и 7 наход тс  в состо нии, запрещающем прохождение импульсов от генератора 13 импульсов через схемы 9 и 10 совпадени  соответственно. Сигнал на выходе триггера 5 разрешает прохождение сигнала через схему 8 совпадени .

Фазомодул роваиный синусоидальный сигнал и а; с выхода индукционного фазовра имтел  1 поступает на узел сравнени  (нульорган ) 2, который формирует короткий импульс в момент перехода этого сигнала через нуль на возрастающей его части. Этот импульс, проход  через схему 8 совпадени  (по ее первому входу), на втором входе которой имеетс  разрешающий сигнал с триггера 5, переводит триггер 6 (по второму входу) в состо ние, которое разрещает прохождение сигнала через схему 9 совпадени . Импульс, иа выходе схемы 8 совпадени  переводит также триггер 5 в состо ние, запрещающее прохождение сигнала через схему 8 совпадени .

Импульсь от генератора 13 через схему 9 совпадени  поступают на первый вход счетчика 14 импульсов, работающего в режиме вычитани . Счетчик 14 импульсов во врем 

цикла измерени  обнул етс  в момент времени

S.Mjl,

1

i - частота имйуЛьсов, а 7

где

При этом нуль-орган 16, срабатыва , переводит триггер 6 в состо ние, запрещающее прохождение импульсов через схему 9 совпадени . Сигнал на выходе нуль-органа 16 разрешает прохождение импульсов через схемы 11 и 12 совпадени , а также переводит

5 схему 17 выборки-хранени  аналогового сигнала в режим Хранение. Схема 17 выборки-хранени  аналогового сигнала до момента Сц удерживаетс  сигналом на выходе нуль-органа 16 в режиме Выборка. Таким

0 образом, на схеме 17 выборки-хранени  аиалогового сигнала запоминаетс  уровень напр жени  и -г у в соответствии с (3), которое затем преобразуетс  в однопол рное схемой 19 определени  модул .

5 Напр жение питани  UQ индукционного фазовращател  схемой 18 определени  модул  преобразуетс  в однопол рное пульсирующее напр жение ) U о j f

Это однопол рное пульсирующее напр жение (Uol подаетс  иа вход узла сравнени  (нуль-органа) 4, который вырабатывает короткий импульс в момент перехода пульсирующего напр жени  через нуль, и это пульсирующее напр жение также подаетс  на пер-. вый вход узла 3 сравнени , иа второй вход которого в качестве опорного подаетс  сигнал с выхода схемы 19 с ределени  модул . На выходе узла 3 сравнени  вырабатываетс  короткий ИIvmyльc в момент, определ емый равенством (4). Импульсы с выходов узлов 4 и 3 сравнени  через схемы 12 и 11 совпадени  поступают на первый и второй входы триггера 7, перевод  его в состо ние, противоположное исходному, а затем снова в исходное состо ние. В интервале времени между этими импульсами генератор 13 импульсов через схему 10 совпадени  заполн ет счетчик J5 импульсов. Таким образом в счетчике оказываетс  число

N--a-i

(6)

М - подсчитанное число импульсов;

где i - частота заполн ющих импульсов. Из (6) и (5) следует, что

.-V. Подсчитанное в соответствии с (7) число импульсов переписываетс  в буферный регистр 20, где хранитс  до следующего измере ии , одновременно в регистр 21 записываетс  код X знака напр жени , зафиксированното на схеме выборки-хранени . В буферном регистре 20 оказываетс , таким образом, код частоты вращени  вала фазовращател , а в регистре 21 - код направлени  вращени  вала. Короткий импульс с выхода схемы 11 совпадени  поступает также на второй вход счетчика 14 импульсов и он устанавливаетс  в исходное состо ние, при этом в нем записано число N (1 . Этот же импульс поступает на второй вход триггера 5 и переводит его в исходное состо ние. Изменивщийс  вследствие записи в счетчик 14 импульсов числа N (, сигнал на выходе нуль-органа 16 закрывает схемы 11 и 12 совпадени  и переводит схему выборки-хранени  аналогового сигнала 17 в режим Выборка. Предлагаемое устройство позвол ет повысить точность измерени  частоты вращени  вследствие полной линейности характеристики измерени  во всем диапазоне измер емых скоростей при сохранении быстродействи  и днапа зона измерени .

Фиг.1

Claims (2)

1. Способ измерения частоты вращения вала путем модуляции сигнала на выходе индукционного фазовращателя и измерения его фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при сохранении быстродействия и диапазона измерения, мгновенное значение напряжения на выходе индукционного фазовращателя фиксируют в момент времени, кратный периоду напряжения питания индукционного фазовращателя, затем измеряют интервал времени от момента перехода напряжения питания индукционного фазовращателя через нуль до момента достижения этим напряжением величины зафиксированного напряжения, по. величине которого судят о частоте вращения вала.

2. Устройство для измерения частоты вращения вала, содержащее индукционный фазовращатель, генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпадения, выход первой схемы совпадения связан с первым входом первого счетчика импульсов, а его выход — с входом нуль-органа, выход второй схемы совпадения — с входом второго . счетчика импульсов, а его выход соединен с входом первого буферного регистра, о т личаюшееся тем, что оно снабжено схемой выборки-хранения аналогового сигнала, двумя схемами определения модуля, тремя узлами сравнения, тремя триггерами, третьей-пятой схемами совпадения и вторым буферным регистром, причем выход индукционного фазовращателя подключен к первому входу схемы выборки-хранения аналогового сигнала, выход которой соединен с входом второго буферного регистра и с входом первой схемы определения модуля, выход которой соединен с вторым входом первого узла сравнения, первый вход индукционного фазовращателя соединен с входом второй схемы определения модуля, выход которой связан с первым входом первого узла сравнения и с входом второго узла сравнения, выходы первого и второго узлов сравнения подключены к первым входам четвертой и третьей схем совпадения соответственно, а вторые входы третьей и четвертой схем совпадения соединены с выходом нуль-органа, выход третьей схемы совпадения связан с первым, а выход четвертой — с вторым входами первого трит-, гера, выход которого соединен с вторым входом второй схемы совпадения, выход нуль-органа соединен с вторым входом схемы выборки-хранения аналогового сигнала и с первым входом второго триггера, выход которого связан с вторым входом первой схемы совпадения, второй вход этого триггера подключен к выходу пятой схемы, совпадения и к первому вхбду третьего триггера, второй вход этого триггера соединен с выходом четвертой схемы совпадения и с вторым входом первого счетчика импульсов, выход индукционного фазовраща теля связан с входом третьего узла сравнения, выход которого соединен с первым входом пятой схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом третьего триггера.