SU1296949A1 - Датчик угловой скорости - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в. качеств е измерител  и индикатора угловой скорости, положени  и ускорени  подвижных объектов. Цель изобретени  - повьш1ение достоверности выходной информации устройства. Оно содержит чувствительный элемент I,усилитель 2, мультиплексоры 3, 8, II,сумматор 4, интегратор 5, компаратор 6, D-триггеры 7,18-20, счетчик 9, блок 10 регистров, блок индикации , источник 13 опорного напр жени , инвертор-повторитель 14, генератор 15, счетчик 16 циклов, дешифратор 17, элементы И 21-24 и счетчик 25 циклов. Введение новых элементов и образование новых св зей между элементами устройства позвол ет снизить инструментальные погрешности устройства при одновременном осуществлении непрерывного контрол  его исправности и облегчении съема выходной информации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (О (Л фи.2

Description

Изобретение относитс  к измери- тельньй технике и может быть использовано в качестве измерител  и индикатора угловой скорости, положени  и ускорени  подвижных объектов, преимущественно в навигации, дл  определени  параметров движени  танкеров и судов большого водоизмещени .

Цель изобретени  - повышение достоверности выходной информации датчика угловой скорости за счет снижени  инструментальной погрешности датчика угловой скорости при одновременном осуществлении непрерывного

to

блоки 30 эмиттерных повторителей (выполн етс  в виде (N+1) отдельных эмиттерных повторителей), источник 31 опорного напр жени , управл емый потенциометр 32, выполненный, в част ности, в виде последовательно соединенных ограничительного резистора и фотодиода так, что его выходное напр жение определ етс  интенсивностью освещени , операционный усилитель 33, счетчик 34, идентичньй счетчику 25 циклов, а также дишифратор 35, осуществл ющий преобразование четырехразр дного двоично-дес тичного

контрол  его исправности, а также об- 5 кода соответствующей цифры выходной

легчени  съема выходной информации. На фиг.1 изображена схема датчика угловой скорости; на фиг.2 - схема блока индикации; на фиг. 3 - 5 - временные диаграммы, по сн ющие выполнение генератора и работу устройства .

Датчик угловой скорости содержит последовательно соединенные чувствительный элемент 1, усилитель 2, пер- вый. мультиплексор 3, сумматор 4, интегратор 5, компаратор 6, первый D-триггер 7, второй мультиплексор 8, реверсивный двоично-дес тичный счетчик 9, блок 10 регистров, третий мултиплексор И и блок 12 индикации, а также источник 13 опорного напр жени , выход которого через аналого- управл емый инвертор-повторитель 14 подключен ко второму входу сумматора 4, генератор 15, первый счетчик 16 циклов, дешифратор 17, второй 18, третий 19 и четвертьй 20 D-триггеры, четыре элемента И 2 - 24, причем элементы 23 и 24 вьшолнены с инвер- тируюпоми вторыми входами, и второй счетчик 25 циклов.

Выходы счетчика 16 циклов соединены через дешифратор 17 с управл ющим входами мультиплексора 3, а счетчика 25 циклов - непосредственно с. управл ющими входами мультиплексора 11.

Блок 10 регистров включает регистры 26 и 27 дл  хранени  (N-1) старших разр дов выходного кода N-разр д ного счетчика 9 и знака выходной информации (регистр 27 вьшолн етс  одноразр дным ) .

Блок 2 включает блок 28 индикаторов (он вьшолнен в виде (N+1) отдельных индикаторов дл  индикации знака, выходного кода и сигнала неисправности , набор резисторов 29,

блоки 30 эмиттерных повторителей (выполн етс  в виде (N+1) отдельных эмиттерных повторителей), источник 31 опорного напр жени , управл емый потенциометр 32, выполненный, в частности , в виде последовательно соединенных ограничительного резистора и фотодиода так, что его выходное напр жение определ етс  интенсивностью освещени , операционный усилитель 33, счетчик 34, идентичньй счетчику 25 циклов, а также дишифратор 35, осуществл ющий преобразование четырехразр дного двоично-дес тичного

информации в семисегментный код, поступающий на вход светодиодного индикатора блока 28.

Датчик угловой скорости работает 0 следующим образом.

Выходное напр жение чувствительного элемента 1 после усилител  2 поступает через мультиплексор 3 на первый вход сумматора 4. На его второй вход поступает опорное напр жение с третьего выхода источника 13, знак которого определ етс  состо нием триггера 7, который управл ет инвертором-повторителем 14. Если на выходе три1 Гера 7 присутствует потенциал логической единицы (в дальнейшем используетс  логика), то на второй вход сумматора 4 подаетс  напр жение - Е .

5

0

5

0.

5

0

5

Источник 13 вьтолн етс , например, в виде последовательно соединенных собственно источника опорного напр жени , выход которого  вл етс  третьим выходом источника 13, и делител  напр жени , первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым выходом источника 13. Источник 13 может быть также вьшолнен в виде трех отдельных источников напр жени .

В результате, при нулевом напр жении на вьпсоде усилител  2, интегратор 5 зар жаетс  за одинакобые промежутки времени, поскольку триггер 7 тактируетс  с частотой f генератором 15 (фиг.З), а на информационном входе триггера 7 потенциал мен етс  вследствие срабатьшани  компарато- ра 6. При положительном напр жении на первом входе компаратора 6, на его выходе присутствует нулевой лоп ческий уровень.

Генератор 6 осуществл ет синхронизацию работы датчика и вьшолн етс  по стандартной методике синтеза

цифровых автоматов на основании временной диаграммы его работы, пример которой дан на фиг.3-5. В частности генератор может быть выполнен в виде последовательно соединенных за- дающего генератора, кольцевого счетчика и дешифратора. Счетчик осуществл ет подсчет числа импульсов задающего генератора в течение периода временных диаграмм по фиг.3-5, а де- шифратор - формирование изображенных на них последовательностей импульсов по последовательности состо ний счетчика. Выходы дешифратора соедин ютс  с соответствующими выходами генератора 15, а по окончании указанного периода счетчик генератора 15 обнул етс .

Напр жение Е,„ на третьем выходе источника 13 выбираетс  более макси- мального выходного напр жени  усилител  2 так, что, при положительной пол рности последнего, зар д интегратора 5 осуществл етс  быстрее, чем разр д. При этом счетчик 9 осущест- вл ет подсчет числа импульсов (частота на входе счетчика 9 присутствуе только в течение цикла) частоты на . втором выходе генератора 15. Направление счета определ етс  потенциалом на одном из выходов триггера 7 в зависимости от состо ни  знакового триггера 18. Причем, если на управл ющем входе мультиплексора 8 присутствует логическа  единица, то он соедин ет инверсный выход триггера 7 со знаковым входом счетчика 9, а при нулевом уровне на его управл ющем входе - пр мой выход триггера 7 со знаковым входом счетчика 9. .

Мультиплексор 8 может быть реализован в виде двух ключей с объединенными , выходами, входы которого соединены со -входами мультиплексора 8, и инвертора, причем на управл ющий вход первого ключа управл ющий сигнал поступает непосредственно, а на .управл ющий вход второго - через инвертор .

В результате, при чрезвычайно малом положительном значении выходного напр жени  усилител  2,счетчик 9 в течение некоторого времени осуществл ет поочередное накопление с проти воположными знаками, а интегратор 5 разр жаетс  и зар жаетс  с переходом через нуль. Однако максимум отрицательного напр жени  на интеграторе 5

становитс  все меньше по абсолютное величине и в определенный момент импульс на тактовый вход счетчика 9 поступит дважды со знаком плюс.

При значительном напр жении на входе интегратора 5 его работа осуществл етс  аналогично, однако именно вышеописанньш процесс преобразовани  позвол ет повысить чувствительность датчика, так как интегратор 5 осуществл ет накопление входного напр жени  в течение всего цикла, работа  в то же врем  на линейном участке характеристики.

Необходимо отметить также, что нестабильность опорного напр жени  источника 13 и тактовой частоты генератора 15 не сказываетс  существенным образом на величине кода, накопленного в счетчике 9, поскольку при изменении Е скорость зар да и разр да интегратора 5 изменитс  в одинаковой степени, а на величину выходного кода вли ет лишь их разность а при изменении частоты одновременно измен етс  тактова  частота на входе счетчика 9 и врем  его заполнени  (длительность цикла), дл  чего все выходные импульсы генератора 15 еле- дует формировать из одного импульсного , сигнала(например задающего генератора ) .

Второй существенной особенностью предлагаемого датчика  вл етс  то, что выходной код счетчика 9, несмотр  на то, что он вьшолнен реверсивным и представл ет собой модуль угловой скорости. Так, при достижении счетчиком 9 нулевого состо ни  и нулевом уровне на выходе мультиплексора В (что соответствует счету в минус), на выходе переноса счетчика 9 возникает уровень логической единицы, который в момент по влени  очередного импульса на третьем выходе генератора 15 (фиг.З) через элемент 21 поступает на тактовый вход триггера 18, измен   таким образом направление счета счетчика 9 через мультиплексор 8. В этом случае , при по влении очередного импульса на п том выходе генератора 15 модуль выходного кода перепишетс  в . регистр 26, а знак - в регистр 27 блока 10 (элемент 24 открыт). Затем, с.по влением импульса на четвертом выходе генератора 15, счетчик 9 и триггер 18 обнул ютс . Это позвол ет

осуществл ть непосредственную индикацию кода, накопленного в счетчике 9, без дешифрации дополнительного кода в пр мой и одновременно осуществл ть простой и надежный контроль достоверности выходной информации в контрольных циклах (заштрихованные импульсы на фиг.4). С этой целью выходной код счетчика 16, который вьтолн етс  кольцевым, т.е. работает без внешнего обнулени , а обнул етс  в момент переполнени , поступает на дешифратор 17, управл ющий работой мультиплексора 3. Например, если счетчик 16 вьшолнен п тиразр дным, т.е. имеет тридцать два различных состо ни , то тридцать состо ний  вл ютс  рабочими, а тридцатое и тридцать второе - контрольными. В этом случае коды от 00000 до 01111 на выходе счетчика 16 преобразуютс  дешифратором 17 в первый управл ющий сигнал, например 100, поступающий на соответствующие входы мультиплексора 3, код 10111 - во второй управл ющий сигнал, HanpHbjep 010, а код 11111 - в третий, например 001 Мультиплексор 3 может быть вьтол- нен при этом в виде трех ключей, на

входы которых поступают соответствен- 30 тригге 19 запишетс  единица и блок

но сигналы с выхода усилител  2, первого и второго выходов источника 13, выходы которых объединены, а управл ющие входы соединены соответственно с первой, второй и третьей выходными шинами дешифратора 17. Тогда, в течение первых тридцати циклов через мультиплексор 3 на сумматор 4 поступит выходное напр жение

усилител  2, в течение тридцать пер- 40. вательно, код, вырабатываемый в конвого цикла - контрольное положительное напр жение с первого выхода, источника 13, а в течение тридцать второго - контрольное отрицательное напр жение, которое выбираетс  по модулю большим в два раза, чем положительное напр жение в тридцать первом цикле.

В этом случае (при исправной работе Датчика) код в счетчике 9 за первый контрольный цикл достигнет некоторого значени , затем во втором контрольном цикле начнет уменьшатьс  пройд  же через нуль, вновь начнет увеличиватьс  и достигнет значени , при котором единица по витс  в старшем разр де (половина емкости счетчика 9). Например, если напр жение

на первом выходе источника 13 соответствует 17/30 емкости счетчика 9, то по вление единицы в старшем разр де должно произойти позже середины

тридцать второго цикла (второго контрольного ), но раньше его окончани  . В середине же тридцать второго цикла на вход записи триггера 20 подаетс  импульс (он поступает с 9-го

выхода генератора 15). При этом (в случае исправной работы датчика) единица в старшем разр де счетчика по вл етс  в указанный интервал времени и при наличии единицы на пр мом

выходе триггера 18, что соответствует знаку минус выходного кода. Этот единичный уровень осуществл ет через элемент 22 сброс триггера 20 так, что, в момент поступлени  импульса записи на тактовый вход триггера 19, в этот триггер запишетс  ноль и индикаци  неисправности произведена не будет.

В случае же непо влени  единицы в

старшем разр де счетчика 9 в требуе- мьш интервал времени между по влением установочного импульса на дев том выходе генератора 15 и окончанием второго контрольного цикла, в

12 произведет индикацию неисправности , а оператор прекратит съем выходной информации.

Между контрольными циклами счет- 35 чик 9 не обнул етс  (дл  этой цели служит элемент 23), а импульс считывани  не поступает на вход блока 10 после обоих контрольных циклов (дл  этой цели служит элемент 24), следотрольньтх циклах не индицируетс .

Рассмотрим процесс индикации. Каждые четыре разр да выходного кода двоично-дес тичного счетчика 9, представл ющие одну дес тичную цифру выходного кода датчика, поочередно поступают на мультиплексор 11 из соответствующих разр дов регистра 26

на вход дешифратора 35. Управление работой мультиплексора 11 осуществл етс  счетчиком 25 циклов. Например, если блок 28 включает четыре индикатора значащих цифр, то после каждых трех импульсов на шестом выходе генератора 15 по вл етс  импульс на его седьмом выходе (фиг.5).

Каждому из состо ний; 00, 10, 01 счетчика 25 циклов соответствует

Определенное состо ние мультиплексора 11, который может быть выполнен в виде входного дешифратора и четырех групп по четыре ключа, причем выходы одноименных ключей в каждой группе объединены (выходы первых ключей всех групп, .вторых и т.д.). Управл ющие входы ключей объединены внутри каждой группы и соединены с выходами входного дешифратора, который вьш1еуказанные последовательности состо ний трансформирует в позиционный код: 1000, 0100, 0010, 0001.

В этом случае двоичный эквивалент дес тичных цифр поочередно поступает через кабель, .которьй на фиг.1 изображен в виде разрыва входных шин блока 12, на вход дешифратора 35, на выходе которого присутствует семи- сегментный эквивалент соответствую- шей двоичной цифры.

Возможно также выполнение счетчика 25 в виде четырехразр дного распределител  импульсов. Тогда мультиплексор 11 может быть выполнен без входного дешифратора.

Счетчик 34 работает синхронно со счетчиком 25 и также может бйть выполнен в виде четырехразр дного распределител  импульсов или вьш1еописаи ным образом в виде последовательно соединенных двухразр дного двоичного счетчика и дешифратора, вьтолнение которого совпадает с выполнением вхоного дешифратора мультиплексора 11.

При этом (в момент по влени  еди- ницы на одном из выходов счетчика 34 циклов) открываетс  транзистор соответствующего .эмиттерного повторител  блока 30 и напр жение питани  со второго выхода источника 31 поступает на шину питани  соответствующего цифрового индикатора блока 28.

В результате поджигаютс  те све- тодиоды этого индикатора, на катоде которых присутствует потенциал общей точки (через соответствующий выход- ,ной транзистор дешифратора 35). На коллектор каждого из транзисторов 3MHTTej)Hbix повторителей блока 30 поступает напр жение питани , эмиттер соединен с анодом соответствующего индикатора блока 28, на базу поступает управл ющий сигнал со счетчика 34. Питание этого счетчика осуществл етс  от операционного усилител  33, который производит сравнение регулируемого опорного напр жени ,

поступающего с потенциометра 32, с напр жением на соответствующем выходе блока 30. При этом  ркость индикаторов блока 28 возрастает с увели- чением внешней освещенности и не зависит от разброса параметров эмит- терных повторителей блока 30, выходных транзисторов дешифратора 35 и, главное, от высвечиваемой цифры, так как операционный усилитель 33 осуществл ет непрерьгоное слежение за величиной питающего напр жени  счетчика 34, измен   таким образом и напр жение , поступающее на вход блока 28, счетчик 34 вьшолн етс  при этом по К-МОП-технологии так, что амплитуда его выходного сигнала (логической единицы) с высокой степенью точности равна питающему напр жению.

20

Источник 31 выполн етс  в виде маломощного, но высокостабильного источника опорного напр жени , выход которого соединен со входом управл е- мого потенциометра 32, и более мощного источника, запитывающего блок 30, к которому не предъ вл етс  высоких требований.

Claims (2)

1. Датчик угловой скорости, содержащий последовательно соединенные чувствительный элемент и усилитель, источник опорного напр жени , генератор , счетчик, два триггера, а также последовательно соединенные сумматор и интегратор, отличающийс  тем, что, с целью повыше- ни  достоверности выходной информации датчика, в него введены три мультиплексора, компаратор, инвертор-повторитель , блок регистров, два счетчика циклов, дешифратор, блок

43 индикации, третий и четвертый триггеры и четыре элемента И, при этом триггеры выполнены в виде D-тригге- ров, выход усилител  соединен с первым-входом первого мультиплексора,

5( выход которого соединён с первым входом сумматора, выход интегратора соединен с первым входом компаратора второй вход которого соединен с шиной общей точки, а выход - с инфор55 мационным входом первого триггера, первьй выход которого соединен с первым входом второго мультиплексора, выход которого соединен со знаковым входом счетчика, выходы разр дов которого соединены с первой группой входов блока регистров, выходы которого соединены с информационными входами блока индикации, первый выход генератора соединен с тактовым входом первого триггера, второй выход которого соединен с вторым входом второго мультиплексора, управл ющим входом инвертора-повторител  и информационным входом второго триггера , первый выход которого соединен с управл ющим входом второго мультиплексора и знаковым входом блока регистров , знаковый выход которого соединен с соответствующим входом блока индикации, второй выход генератора соединен с входом первого счетчика циклов, выходы которого соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с управл ющими входами первого мультиплексора, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами источника опорного напр жени  третий выход которого соединен с входом инвертора-повторител , выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий выход генератора соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с тактовым входом второго триггера, установочный вход которого соединен с первым входом второго элемента И и четвертым выходом генератора, п тый выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с тактовым входом третьего триггера, выход которого соединен с входом индикации неисправности блока индикации, тактовьш и установочный входы которого соединены соответственно с тактовым и установочными входами второго счетчика циклов и шестым и седьмым выходами генератора, восьмой выход которого соединен с тактовым входом счетчика, выход переполнени 

и выход старшего разр да которого соединены соответственно с вторым входом nepBoi o элемента Икс первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с тактовым входом четвертого триггера, вход записи которого соединен с дев тью выходом генератора, а выход - с информационным входом третьего триггера, причем дес тый и одинадцатьй выходы генератора соединены соответственно с вторыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены соответственно с установочным входом счетчика и тактовым входом блока регистров , выходы второго счетчика циклов соединены с управл ющими входами третьего мультиплексора, второй выход второго триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И, а информационный вход четвертого / триггера соединен с шиной логического нул .

2. Датчик поп.1,отличаю- щ и и с   тем, что блок индикации вьшолнен в виде последовательно соединенных источника опорного напр жени , регулируемого потенциометра, операционного усилител , счетчика, блока эмиттерных повторителей и блока индикаторов, информационные входы которого через дешифратор соединены с информационными входами блока индикации , вход индикации неисправнос- ти и знаковый вход которого соединены с соответствующими входами блока индикаторов, при этом тактовый и установочный входы блока индикации соединены с соответствующими вх:ода- ми счетчика, а второй выход источника опорного напр жени  соединен с вторым входом блока эмиттерных повторителей, выходы которого соединены через разв  зы- вающие резисторы с вторым входом операционного усилител .