SU1278718A1 - Датчик углового положени и скорости вращени вала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени - повышение точности измерений в иги- роком динамическом диапазоне угловых скоростей и удобства представлени  информации при различных.направлени х вращени  вала. Устр-во содержит генератор 1 импульсов, счетчики 5 и 6, регистры 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4 и нуль-орган 8. Введены синffffif угла I 1 I .хронизатор 7, коммутатор 10, счетчик 11, регистр 12, арифметическое устр- во 13,. Устр-во преобразует фазовьш сдвиг выходного напр жени  фазовращател  4, на вход которого подаютс  опорные напр жени , сформированные цепочкой генератора 1 импульсов - счетчик 6 - формирователь 3 опорных сигналов, в код текущего углового положени  вала, а приращение фазового сдвига - в код угловой скорости , причем введение в устр-во коммутатора 10, счетчика 11 и регистра 12 позвол ет получать информацию об угловой скорости вращени  вала в пр мом коде независимо от направлени  вращени . Арифметическое устр-во 13, включающее в себ  накапливающий сумматор 14, схему 15 сравнени , одновибратор 16, регистр 17, триггер 18, ключ 19 и счетчик 20,производит операции делени  .и умножени , необходимые дл  линеаризации выходной характеристики устр-ва по скорости. 1 з.п. ф-лы, ил. i (Л ч 00 к сх

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в,качестве датчика углового положени .и мгновенной скорости вращени  вала в точных цифровых системах автоматического управлени .

Цель изобретени  -. повышение точности измерени  в широком динамическом диапазоне угловых скоростей и удобства представлени  информации при различных направлени х вращени  вала.

На чертеже Представлена схема датчика углового положени  и скорости вращени  вала.

Датчик содержит генератор 1 импульсов , первый регистр 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4, второй счетчик 5, первый счетчик 6,-синхронизатор 7, нуль- орган 8, второй регистр 9, коммутатор 10, третий счетчик 11, третий регистр 12, арифметическое устройство 13, включающее в себ  накапливающий сумматор 14, схему 15 сравнени , одновибратор 16, регистр 17, триггер 18, ключ 19 и счетчик -20.

Датчик работает следующим образом .

Первый счетчик 6 выполн ет функцию делени  частоты генератора 1. Формирователь 3, подключенный к вы ходу старшего разр да счетчика 6, вырабатывает из выходных периодических сигналов счетчика 6 опорные напр жени  фазовращател  с частотой f . Первый счетчик 6 работает по

модулю Np, где N - число импульсов , соответствующее полному обороту ротора фазовращател  4, или периоду Тр опорного напр жени  с частотой Гд. Нуль-орган 8 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращател  4 пр моугольные периодические сигналы, подготавливающие синхронизатор к выдаче синхроимпульса . Первьш импульс, поступивший с выхода генератора 1 на вход синхронизатора 7, после готовности его к работе запускает синхронизатор 7, и через врем , достаточное дл  завершени  переносов в счетчиках, он формирует короткий синхроимпульс, передним фронтом которого происходит перезапись кодов всех трех счетчиков в соотве.тствующие регистры и запускаетс  арифметическое устройство 13. При этом в первом peгиctpe 2 фиксируетс  код текущего углового

5

0

5

положени  вала. Второй 5 и реверсив- ный 11 счетчики вместе с вторьпч 9 и третьим 12 регистрами, коммутатором 10 и арифметическим устройством 13 образуют блок вычислени  частоты вращени  f,.

Блок работает следующим образом.

После перезаписи кодов второго 5 и реверсивного 11 счетчиков соответственно во второй 9 и третий 12 регистры задним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 происходит обнуление второго 5 и реверсивного 11 счетчиков, после чего указанные счетчики производ т подсчет импульсов, поступивших на их счетные входы с генератора 1, причем при по влении сигнала логического о на вьтоде старшего разр да второго счетчика 5 коммутатор 10 подключает выход генератора I к входу реверсивного счетчика 11, соответствующего работе счетчика в режиме вычитани . Второй счетчик 5 работа- ет по модулю 2 N, а реверсивный счетчик 11 - по модулю N.

Таким образом, в момент по влени  каждого следующего импульса с синхронизатора 7 во втором регистре 9 фиксируетс  пр мой код, соответствующий периоду Т выходного напр жени  фазовращател  4, причем потенциал логического О на выходе старшего разр да второго регистра 9

5 будет соответствовать положительной

частоте вращени  вала, а потенци- . ал логической 1 - отрицательной. Реверсивный счетчик 11 к моменту по влени  каждого следующего

0 синхроимпульса с синхронизатора 7, независимо от направлени  вращени  вала, формирует пр мой код разности iT fTo-T/. Осуществл етс  это следующим образом.

5 После обнулени  второго 5 и реверсивного 11 счетчиков последний работает в режиме вычитани  и, если Т«;Тд, формирует пр мой код разности . Через врем , рав0 ное TO, реверсивный счетчик 11 обнул етс , а выход старшего разр да второго счетчика 5, св занный с входом управлени  коммутатора 10, устанавливаетс  в единичное состо ние,

5 вследствие чего коммутатор 10 переключает выход генератора 1 на вход пр мого счета реверсивного счетчика 11 и, если , к концу периода на выходах реверсивного счетчика 11

формируетс  пр мой код разности iT Т-Т„.

С выходов второго 9 и третьего 12 регистров пр мые коды, соответствующие Т , подаютс  на инфор- мационные входы арифметического устройства -13, которое запускаетс  передним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 и производит определение значени  частоты вращени .

Арифметическое устройство работает следующим образом.

Передним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 запускаетс  одно вибратор 16. По переднему фронту им пульса с выхода одновибратора 16 происходит обнуление счетчика 20 и накапливающего сумматора 14. Задним фронтом этого же импульса триггер 1 устанавливаетс  в единичное состо - ние, разреша  TeN5 самым прохождение импульсов с генератора 1 через ключ 19 на счетный вход счетчика 20 и тактовьй вход накапливакщего сумматора 14. Таким образом на выходе накапливающего сумматора 14 присутствует код числа, равньй , где N - число, соответствующее периоду Т выходной частоты фазовращател  4, an - число импульсов, поступивпшх с генератора 1 на тактовый вход накапливающего сумматора 14.

Разр дность накапливающего сумматора 14 определ етс  разр дностью второго счетчика 5 датчика. Так как второй счетчик 5 работает по модулю 2 N, выражение дл  максимального числа на выходе накапливающего сумматора 1 3

,-2 ,-2

п

N, маце N

-о NO NO

макс

2N:

.2

Выходы старщих разр дов накапливающего сумматора 14, работающего по модулю Np, подключены к входам схемы 55 сравнени , работающей по модулю NJJ , втсрые входы которой соединены с выходами третьего регистра 12 датчика, на которых фиксируетс  код разности i,T /To-T/. Съем информации с выходов старших разр дов накапли Бающего сумматора 13 эквивалентен делению числа, присутствующего на его выходах, на число Ng. Таким образом на выходе схемы 15 сравнени 

-

по вл етс  импульс при вьшолнении услови 

i п.

- 5 тне10

а- - 15 18 20 25 30 ю 35

40

о 2 50

55

Отсюда видно, что число импульсов п , поступивпшх с генератора 1 на тактовый вход накапливающего сумматора 14 и счетный вход счетчика 20 к моменту срабатывани  схемы 15, пропорционально частоте вращени  вала .

Передним фронтом импульса с выхода схемы 15 сравнени  триггер I8 переводитс  в нулевое состо ние, запреща  тем самым дальнейшее прохождение импульсов с генератора 1 через ключ 19, и производитс  перезапись кода, соответствующего частоте вр Ащени  вала с выходов счетчика 20 в регистр 17.

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано в,качестве датчика углового положени .и мгновенной скорости вра щени  вала в точных цифровых системах автоматического управлени . Цель изобретени  -. повышение точ ности измерени  в широком динамическом диапазоне угловых скоростей и удобства представлени  информации при различных направлени х вра щени  вала. На чертеже Представлена схема датчика углового положени  и скорости вращени  вала. Датчик содержит генератор 1 импульсов , первый регистр 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4, второй счетчик 5, первый счетчик 6,-синхронизатор 7, нульорган 8, второй регистр 9, коммутатор 10, третий счетчик 11, третий регистр 12, арифметическое устройство 13, включающее в себ  накапливающий сумматор 14, схему 15 сравнени , одновибратор 16, регистр 17, триггер 18, ключ 19 и счетчик -20. Датчик работает следующим образом . Первый счетчик 6 выполн ет функцию делени  частоты генератора 1. Формирователь 3, подключенный к вы ходу старшего разр да счетчика 6, вырабатывает из выходных периодичес ких сигналов счетчика 6 опорные напр жени  фазовращател  с частотой f . Первый счетчик 6 работает по модулю Np, где N - число импульсов , соответствующее полному обороту ротора фазовращател  4, или периоду Тр опорного напр жени  с частотой Гд. Нуль-орган 8 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращател  4 пр моугольные перио дические сигналы, подготавливающие синхронизатор к выдаче синхроимпуль са. Первьш импульс, поступивший с выхода генератора 1 на вход синхро низатора 7, после готовности его к работе запускает синхронизатор 7, и через врем , достаточное дл  завершени  переносов в счетчиках, он формирует короткий синхроимпульс, передним фронтом которого происходит перезапись кодов всех трех сче чиков в соотве.тствующие регистры и запускаетс  арифметическое устройс во 13. При этом в первом peгиctpe 2 фиксируетс  код текущего угловог положени  вала. Второй 5 и реверсив- ный 11 счетчики вместе с вторьпч 9 и третьим 12 регистрами, коммутатором 10 и арифметическим устройством 13 образуют блок вычислени  частоты вращени  f,. Блок работает следующим образом. После перезаписи кодов второго 5 и реверсивного 11 счетчиков соответственно во второй 9 и третий 12 регистры задним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 происходит обнуление второго 5 и реверсивного 11 счетчиков, после чего указанные счетчики производ т подсчет импульсов, поступивших на их счетные входы с генератора 1, причем при по влении сигнала логического о на вьтоде старшего разр да второго счетчика 5 коммутатор 10 подключает выход генератора I к входу реверсивного счетчика 11, соответствующего работе счетчика в режиме вычитани . Второй счетчик 5 работает по модулю 2 N, а реверсивный счетчик 11 - по модулю N. Таким образом, в момент по влени  каждого следующего импульса с синхронизатора 7 во втором регистре 9 фиксируетс  пр мой код, соответствующий периоду Т выходного напр жени  фазовращател  4, причем потенциал логического О на выходе старшего разр да второго регистра 9 будет соответствовать положительной частоте вращени  вала, а потенциал логической 1 - отрицательной. Реверсивный счетчик 11 к моменту по влени  каждого следующего синхроимпульса с синхронизатора 7, независимо от направлени  вращени  вала, формирует пр мой код разности iT fTo-T/. Осуществл етс  это следующим образом. После обнулени  второго 5 и реверсивного 11 счетчиков последний работает в режиме вычитани  и, если Т«;Тд, формирует пр мой код разности . Через врем , равное TO, реверсивный счетчик 11 обнул етс , а выход старшего разр да второго счетчика 5, св занный с входом управлени  коммутатора 10, устанавливаетс  в единичное состо ние, вследствие чего коммутатор 10 переключает выход генератора 1 на вход пр мого счета реверсивного счетчика 11 и, если , к концу периода на выходах реверсивного счетчика 11 формируетс  пр мой код разности iT Т-Т„. С выходов второго 9 и третьего 12 регистров пр мые коды, соответствующие Т , подаютс  на информационные входы арифметического уст ройства -13, которое запускаетс  передним фронтом синхроимпульса с син хронизатора 7 и производит определе ние значени  частоты вращени . Арифметическое устройство работа ет следующим образом. Передним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 запускаетс  одно вибратор 16. По переднему фронту им пульса с выхода одновибратора 16 происходит обнуление счетчика 20 и накапливающего сумматора 14. Задним фронтом этого же импульса триггер 1 устанавливаетс  в единичное состо ние , разреша  TeN5 самым прохождение импульсов с генератора 1 через ключ 19 на счетный вход счетчика 20 и тактовьй вход накапливакщего сумматора 14. Таким образом на выходе накапливающего сумматора 14 присутствует код числа, равньй , где N - число, соответствующее периоду Т выходной частоты фазовращател  4, an - число импульсов, поступивпшх с генератора 1 на тактовый вход накапливающего сумматора 14. Разр дность накапливающего сумматора 14 определ етс  разр дностью второго счетчика 5 датчика. Так как второй счетчик 5 работает по модулю 2 N, выражение дл  максимального числа на выходе накапливающего сумматора 1 3 , -2 ,-2 -о NO NO N, маце N Выходы старщих разр дов накапливающего сумматора 14, работающего по модулю Np, подключены к входам схемы 55 сравнени , работающей по модулю NJJ , втсрые входы которой соединены с выходами третьего регистра 12 датчика, на которых фиксируетс  код разности i,T /To-T/. Съем информации с выходов старших разр дов накапли Бающего сумматора 13 эквивалентен делению числа, присутствующего на его выходах, на число Ng. Таким образом на выходе схемы 15 сравнени  по вл етс  импульс при вьшолнении услови  Отсюда видно, что число импульсов п, поступивпшх с генератора 1 на тактовый вход накапливающего сумматора 14 и счетный вход счетчика 20 к моменту срабатывани  схемы 15, пропорционально частоте вращени  вала . Передним фронтом импульса с выхода схемы 15 сравнени  триггер I8 переводитс  в нулевое состо ние, запреща  тем самым дальнейшее прохождение импульсов с генератора 1 через ключ 19, и производитс  перезапись кода, соответствующего частоте врАщени  вала с выходов счетчика 20 в регистр 17. Формула изобретени  1. Датчик углового положени  и скорости вращени  вала, содержащий генератор импульсов, первый счетчик, второй счетчик, первый и второй регистры , формирователь опорных сигналов , фазовращатель и нуль-орган, причем выход генератора импульсов подключен к счетному входу первого счетчика, выход старшего разр да которого через формирователь опорных сигналов соединен с входом фазовращател , выход которого подключен к выходу нуль-органа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений в широком динамическом диапазоне угловых скоростей и удобства представлени  информации при различных направлени х вращени  вала, в датчик введены синхронизатор , коммутатор, реверсивный счетчик, третий регистр и арифметическое устройство, причем выходы первого и второго счетчиков соединены с информационными входами первого и второго регистров соответственно , входы разрешени  записи которьк объединены с аналогичным входом третьего регистра, входами сброса второго и реверсивного счетчиков, одним из входов арифметического устройства и выходом синхронизатора, первый вход последнего соединен с выходом нуль-о ргана, а второй вход объединен с выходом генератора,вторым входом арифметического устройства , счетным входом второго счетчика и входом коммутатора, вход управлени  последнего подключен к старшему разр ду второго счетчика, а выходы подсоединены к счетным входам реверсивного счетчика, выходы которого через третий регистр подключены к соответствук дим информационным входам арифметического устройства,а другие информационные входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра,

   2, Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что ари4 4етическо устройство выполнено в виде накапливающего сумматора, к информационным входам которого подключены выходы второго регистра датчика, а тактовый вход объединен со счетным входом

   счетчика и выходом ключа, вход упраы лени  последнего соединен с выходом триггера, один из входов которого объединен с выходом одновибратора и входами сброса сумматора и счетчика , выходы последнего подключены к соответствующим информационным входам регистра, вход разрешени  записи которого объединен с вторым входом триггера и выходом схемы сравнени , одни входы которой подключены к старшим разр дам выходов сумматора , а вторые соединены с соответствующими выходами третьего регистра датчика.