SU824061A1 - Цифровой измеритель ускорени ВАлА - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано для измерения ускорений валов, например, двигателей центрифуг. 5 'Известны измерители, которые работают по принципу счета импульсов датчика за сопрягающиеся эталонные интервалы времени. При этом ускорение фактически определяется как раз- 10 ность усредненных значений скоростей вала на этих интервалах времени [1].

Однако для точного и быстрого измерения ускорения эти устройства тре-15 буют импульсных датчиков скорости с высокой разрешающей способностью. Такие датчики являются весьма сложными в технической реализации и’'недостаточно надежными в эксплуатации. 20

Также известен цифровой измеритель ускорения вала, содержащий импульсный датчик, расположенный на валу, генератор эталонного времени, прямой и инверсный выходы которого , 25 соединены со входами двух схем И, выходы которых связаны со входами реверсивного счетчика. При этом инверсные выходы реверсивного счетчика соединены через схему инкоемента со вхо- 30 дами первой группы вентилей, прямые, выходы реверсивного счетчика соединены со'входами второй группы вентилей и входами дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами' групп вентилей, выходы которых связаны с отсчетным устройством [2].

Недостатком известного устройства является сложность датчика. Это связано с тем, что для точного и быстрого измерения ускорения вала необходим датчик с высокой разрешающей способностью (числом импульсов на оборот). Такие датчики сложны, дороги и ненадежны в эксплуатацйи. Как правило, они имеют большие размеры и значительную массу, что не позволяет использовать их в маломощных приводах с высокими требованиями к динамическим свойствам.

Цель изобретения — повыиение надежности устройства за счет использования простого импульсного датчика.

Поставленная цель достигается там, «то в известное устройство введены генератор эталонной частоты,формирователь, выполненный на О'-триггере,

RS-триггере и схеме И, преобразователь код-частота, выполненный на по824061 следовательно соединенных счетчике, группе вентилей и двоичном умножителе, делитель частоты и RS-триггер, 'причем выкод импульсного датчика соединен с С-входом D-триггера, D-вход которого подключен к прямому выходу RS-триггера формирователя, инверсный выход — ко входу группы вентилей преобразователя, а прямой выход — к первому входу схемы И формирователя, второй вход которой соединен с выхо, дом генератора эталонной частоты, со входом двоичного умножителя и со вторыми входами двух схем И, а выход — со входом счетчика и с R-входом RS-триггера формирователя, S-вход которого подключен к прямому выходу генератора эталонного времени, при этом выход двоичного умножителя соединен со входом делителя частоты и с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу делителя частоты и к установочному входу счетчика, а выход — к третьим входам двух схем И.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит импульсный датчик 1, частота которого пропорциональна скорости вращения, расположенный на валу, формирователь 2, выполненный на D-триггере 3, схеме И 4, RS-триггере 5, генератор 6 эталонного времени, генератор 7 эталонной частоты, преобразователь 8 кода в частоту, выполненный на счетчике 9, вентилях 10 и двоичном умножителе 11, делитель 12 частоты, RS-триггер 13, схемы И 14, 15, реверсивный счетчик 16, дешифратор 17, группу вентилей 18, схему инкремента 19, группу вентилей 20, отсчетное устройство 21.

Выход импульсного датчика 1 соединен с С-входом триггера 3, прямой выход которого соединен со входом схемы И 4, выход которой соединен с R-входом триггера 5,к S-входу которого подключен прямой выход генератора б. Прямой выход триггера 5 соединен с D-входом триггера 3. Ко второму вход у схемы И 4 подключен выход генератора 7. Выход схемы Й 4 соединен со счетным входом счетчика 9, разрядные выходы которого соединены через вентили 10 с кодовыми входами двоичного умножителя 11. К управляющему входу вентилей 10 подключен инверсный выход триггера 3. К частотному входу двоичного умножителя 11 подключен выход генератора 7, а выход двоичного умножителя 11 соединен непосредственно с S-входом триггера 13, а через делитель 12 частоты — с его R-входом. Кроме того, выход делителя 12 частоты соединен с установочным входом счетчика 9. Прямой выход триггера 13 связан с первыми входа• ми схем И 14, 15 ко вторым их входам подключен выход генератора 7, к третьему входу схемы И 14 подключен пря- 65 мой выход генератора 6, инверсный выход которого подключен к третьему входу схемы И 15. Выходы схем И 14, 15 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 16. Прямые выходы реверсивного счетчика 16 соединены с дешифратором 17 и группой вентилей 18. Инверсные выходы реверсивного счетчика 16 соединены через схему инкремента 19 со входами группы вентилей 20. Выходы дешифратора 17 связаны с управляющими входами групп вентилей 18 и 20, выходы которых соединены с отсчетным устройством 21.

Работа устройства заключается в следующем.

Исходное состояние элементов устройства таково: триггеры 3, 5, 13 — в состоянии 0, счетчики 9, 16 обнулены. Фронтом импульса на прямом выходе генератора 7 триггер 5 устанавливается в состояние 1. Тем самым подготавливается к опрокидыванию триггер 3. Опрокидывание последнего происходит при поступлении на С-вход очередного импульса датчика 1. В это же время открывается схема И 4 и-импульсы генератора 7 поступают в счётчик 9. Первый же из этих иМпульсов устанавливает триггер 5 в состояние О. Тем самым подготавливается к опрокидыванию в состояние 0 триггер 3. Опрокидывание происходит при поступлении следующего импульса датчика 1.Таким образом, схема И 4 открыта в течение рассматриваемого периода Т^ импульсов датчика 1 и в чике 9 по окончании указанного да окажется записанным число

N. = f_n · 1. ,

0, 1 ’ где fp — частота генератора 7.

По окончании периода сигналом 1 ин-версного выхода 3 открывается вентили 10 и код счетчика 9 поступает на кодовые входы двоичного умножителя 11. Частота на выходе последнего определяется выражением _с _ fp N,· Ί Г ’ где К — емкость счетчика 9,’ или, с учетом (1)

Ф· Т,· К ....

Первым же импульсом двоичного ум; ножителя 11 триггер 13 устанавливается в состояние 1. Тем самым открытой оказывается схема И 14 и импульсп генератора 7 поступают на сумми рующий вход реверсивного счетчика 16.

Импульсом переполнения делителя 12 частоты триггер 13 устанавливается в состояние 0^м, а также обнуляется счетчик 9. Таким образом, схема И 14 была открыта в течение интервала т ^р счетперио(1) (2) где Р - коэффициент деления делителя частоты, или с учетом (2)

КР f*T.

о ¹ (3)

Таким счетчике ло образом, в реверсивном окажется записанным чисили

Νγ;

учетом (3)

КР и ус1- измеТО СО_ КР _ i - moe значение 15

1. Поскольку частота ^Nv-i —ГТ *0 Ч = 1/η где частоты датчика датчика 1 пропорциональна скорости вращения V вала,°то число Ν_ν. также пропорционально этой скорости ^F< - 1¾ V. V,.

Через временный ентервал Т_т, равный полупериоду следования импульсов генератора б, срезом импульса·на прямом выходе последнего триггер 5 устанавливается в состояние 1. Одновременно потенциалом + инверсного выхода -генератора 6 подготавливается к открыванию схема И 15. .

С поступлением на триггер 3 очередного импульса датчика 1, триггер опрокидывается в состояние 1 и импульсы генератора 7 поступают через рткрытую схему И 4 в счетчик 9. Первым же выходным импульсом схемы И 4 триггер 5 устанавливается в состояние 0 и, таким образом, при поступлении следующего импульса датчика 1 триггер 3 опрокинется в состояние ”0, прекращая подачу импульсов ге* нератора 7 в счетчик 9.В последнем окажется записанным число v-i (4) нии описанного цикла работы устройства, окажется равным < V, - v_{(u Тт},) (5 >

Как следует из (5) число N пропорционально разности скоростей вала в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал Т_г . Таким образом, число N пропорционально разности скоростей, измеренных через постоянный интервал времени, а, значит, коренного вала.

Поскольку частота датчика ряется по периоду импульсов, вершенно очевидно, что к датчику 1 не предъявляются жесткие требования по крутизне преобразований. Практически для большинства задач оказывается достаточным иметь крутизну преобразования датчика 1 импульс/оборот Таким образом, вместо механических сложных квантователей, схем умножения частоты оказывается возможным применить чрезвычайно простой квантующий элемент — металлический флажок, расположенный на.валу.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к технике измерени  неэлектрических величин и может быть использовано дл  измере ни  ускорений валов, например, двигателей центрифуг. Известны измерители, которые работают по принципу счета импульсов датчика за сопр гающиес  эталонные интервалы времени. При этом ускорение фактически определ етс  как разность усредненных зц ачений скоростей вала на этих ин ервалах времени Г1 Однако дл  точного и быстрого измерени  ускорени  эти устройства тре буют импульсных датчиков скорости с высокой разрешающей способностью. .Такие датчики  вл ютс  весьма сложными в технической реализации статочно надежными в эксплуатации. Также известен цифровой измеритель ускорени  вала, содержащий импульсный датчик, расположенный на ва лу, генератор эталонного времени, пр мой и инверсный выходы которого соединены со входами двух схем И, выходы которых св заны со входами ре версивного счетчика. При этом иивёрс иые выходы реверсивного счетчика сое динены через схему инкоемента со вхо дами первой группы вентилей, пр мые выходы реверсивного счетчика соединены совходами второй группы вентилей и входами дешифратора, выходы которого соединены с управл ющими входами групп вентилей, выходы которых св заны с отсчетным устройством 2j. Недостатком известного устройства  вл етс  сложность датчика. Это св зано с тем, что дл  точного и быстрого измерени  ускорени  вала необ- . ходим датчик с высокой разрешающей способностью (числом импульсов на оборот). Такие датчики сложны, дороги и ненадежны в эксплуатации. Как правило, они имеют большие размеры и значительную массу, что не позвол ет использовать их в мгшомощных приводгос с высокими требовани ми к динамическим свойствам. Цель изобретени  - повыиение надежности устройства за счет использовани  простого импульсного датчика . Поставленна  цель достигаетс  там, ото в известное устройство введены генератор эталонной частоты,формирователь , выполненный на D-триггере, RS-триггере и схеме И, преобразователь код-частота, выполненный на последовательно соединенных счетчике, группе вентилей и двоичном умножителе , делитель частоты и RS-триггер, причем вьйсод импульсного датчика соединен с С-входом D-триггера, D-вход которого подключен к пр мому выходу RS-триггера формировател , инверсный выход - ко входу группы вентилей пре образовател , а пр мой выход - к пер вому входу схемы И формировател , второй вход которой соединен с выходом генератора эталонной частоты, со входом двоичного умножител  и со вто рыми входами двух схем И, а выход - со входом счетчика и с R-вхрдом RS-триггера формировател , 5-вход ко торого подключен к пр мому выходу ге нератора эталонного времени, при это выход двоичного умножител  соединен со входом делител  частоты и с S-вхо дом R5-тpиггepa, R-вход которого под ключен к выходу делител  ча.стоты и к установочному входу счетчика, а выход - к третьим входам двух схем И. На чертеже приведена структурна  схема устройства. Устройство содержит импульсный датчик 1, частота которого пропорциональна скорости вращени , располо женный на валу, формирователь 2, выполненный на 0-триггере 3, схеме И 4 RS-триггере 5, генератор б эталонного времени, генератор 7 эталонной частоты, преобразователь 8 кода в ча тоту, выполненный на счетчике 9, вен тил х 10 и двоичном умножителе 11, делитель 12 частоты, RS-триггер 13, схемы и 14, 15, реверсивный счетчик 16, дешифратор 17, группу вентилей 18, схему инкремента 19, группу вентилей 20, отсчетное устройство 21, Выход импульсного датчика 1 соединен с С-входом триггера 3, пр мой выход которого соединен со входом схемы И 4, выход которой соединен с R-входом триггера 5,к 8-входу кото рого подключен пр мой выход генератора б. Пр мой выход триггера 5 соединен с D-входом триггера 3. Ко вторОму вход у схемы И 4 подключен выход генератора 7. Выход схемы И 4 соединен со счетным входом счетчика 9, разр дные выходы которого соединены через вентили 10 с кодовыми входами двоичного умножител  11, К управл ющему входу вентилей 10 подключен инверсный выход триггера 3. К частотно му входу двоичного умножител  11 под ключен выход генератора 7, а выход двоичного умножител  11 соединен непосредственно с S-входом триггера 13 а через делитель 12 частоты - с его R-входом. Кроме того, выход делител  12 частоты соединен с установочным входом счетчика 9. Пр мой выход триггера 13 св зан с первыми входами схем И 14, 15 ко вторым их входам лодключен выход генератора 7, к трет ему входу схемы И 14 подключен пр мой выход генератора 6, инверсный выход -которого подключен к третьему входу схемы И 15. Выходы схем И 14,15 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 16. Пр мые выходы реверсивного счетчика 16 соединены с дешифратором 17 и группой вентилей 18. Инверсные выходы реверсивного счетчика 16 соединены через схему инкремента 19 со входа:ми группы вентилей 20. Выходы дешифратора 17 св заны с управл ющими входами групп вентилей 18 и 20, выходы которых соединены с отсчетным устройством 21. Работа устройства заключаетс  в следующем. исходное состо ние элементов устройства таково: триггеры 3, 5, 13 - в состо нии О, счетчики 9, 16 обнулены . Фронтом импульса на пр мом выходе генератора 7 триггер 5 устаравливае .тс  в состо ние 1. Тем самым подготавливаетс  .к опрокидыванию триггер 3. Опрокидывание последнего происходит при поступлении на С-вход очеред 1Ого импульса датчика 1. в это же врем  открываетс  схема И 4 и-импульсы генератора 7 поступают в счетчик 9. Первый же из этих иМпульсов устанавливает триггер 5 в состо ние О. Тем самым подготавливаетс  к опрокидыванию в состо ние О триггер 3. Опрокидывание происходит при поступлении следующего импульса датчика 1.Таким образом, схема И 4 открыта в течение рассматриваемого периода импульсов датчика 1 и в счетчике 9 по окончании указанного периода окажетс  записанным число Ч о, Ч где fp - частота генератора 7. По окончании периода Tjf сигналом 1 ин-версного выхода 3 открываетс  вентили 10 и код счетчика 9 поступает на кодовые входы двоичного умножител  11. Частота на выходе последнего определ етс  выражением f о N,где К - емкость счетчика 9, илиу с учетом (1) Первым же импульсом двоичного умножител  11 триггер 13 устанавливаетс  в состо ние 1. Тем самым открытой оказываетс  схема И 14 и импульсй генератора 7 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 16. Импульсом переполнени  делител  12 частоты триггер 13 устанавливаетс  в состо ние О, а также обнул етс  счетчик 9. Таким образом, схема И 14 бь2па открыта в течение интервала Р где Р - коэффициент делени  делите частоты , или с учетом (2) Таким образом, в реверсивномсчетчике 16 окажетс  записанным чи ло или с учетом (3) где F 1/Т - i - moe .- значение частоты датчика 1. Пос.кольку часто датчика 1 пропорциональна скорости врацени  V вала,ото число Ny. такж пропорционально этой скорости Через временный ентервал Т, равны полупериоду следовани  импульсов г нератора 6, срезом импульса-на пр  мом выходе последнего триггер 5 ус танавливаетс  в состо ние 1. Одно временно потенциалом + инверсного выхода -генератора 6 подготавливает с  к открыбанию схема И 15. . С поступлением на триггер 3 очередного импульса датчика 1, триггер опрокидываетс  в состо ние 1 и им пульсы генератора 7 поступают через 9ткрытую схему И 4 в счетчик 9. Пер вым же выходным импульсом схемы И 4 триггер 5 устанавливаетс  в состо ние О и, таким образом, при посту плении следующего импульса датчика триггер 3 опрокинетс  в состо ние О, прекраща  подачу импульсов га нератора 7 в счетчик 9.В последнем окажетс  записанным число (14 Т) с (1+Тт) Аналогично вышеописан«ому, часто та на выходе двоичного умножител  1 равна f. foliiiliL 4i4T) - к . Схема И 4 открыта в течение интерва TV(UTT) -flTj.T,) и на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 поступит КР V() (r) рли, с учетом (4) U , VO+TT -(нтт)-Результирующее число, записанное в реверсивном счетчике 16 по окончаНИИ описанного цикла работы устройства , окажетс  равным N N,, -Nv((V. -V(.T,)(5) Как следует из (5) число N пропорционально разности скоростей вала в моменты времени, отсто щие друг от друга на интервал Т.,-. Таким образом, число N пропорционально разности скоростей , измеренных через посто нный интервал времени, а, значит, и ускоренного вала. Поскольку частота датчика 1- измер етс  по периоду импульсов, то совершенно очевидно, что к датчику 1 не предъ вл ютс  жесткие требовани  по крутизне преобразований. Практически дл  большинства згщач оказываетс  достаточным, иметь крутизну преобразовани  датчика 1 импульс/оборот. Таким образом, вместо механических сложных квантователей, схем умножени  частоты оказываетс  возможным применить чрезвычайно простой квантующий элемент - металлический флажок, расположенный на.валу. Формула изобретени  Цифровой измеритель ускорени  вала , содержащий импульсный датчик, расположенный на валу, и генератор эталонного времени, пр мой и инверсный выходы которого соединены срвходами двух схем И, выходы которых подключены ко входам реверсивного счетчика , инверсные.выходы которого соединены через схему инкремента со входами первой группы вентилей, а пр мые выходы - со входам второй группы вентилей и входами дешифратора,, выходы которого подключены к управл ющим входам групп вен.тилей, вь1ходы которых соединены с отсчетным устройством , отличающийс  тем, что, с целью повьаиени  надежности, в него введены генератор эталонной частоты, формирователь, выполненный на 0-т:)иггере, RS-триггере и схеме И, преобразователь код-частота, выполненный на последовательно соединенных счетчике, группе вентилей и двоичном умножителе, делитель частоты и RSтриггер , причем выход импульсного датчика соединен с С-входом О-триггера , D-вход которого подключен к пр мому выходу RS-триггера формировател , инверсный выход - ко входу группы вентилей преобразовател , а пр мой выход - к первому входу схемл И формировател , второй вход которой соединен с выходом генератора этгшонной частоты, со входом двоичного умножител  и со вторыми входами двух схем И, а выход - со входом счетчика и с R-входом RS-триггера формировател , S-вход которого подключе Н к

   /824061Q

   пр мому выходу генератора эталонного Источники информации,

   времени, при этом выход двоичного ум-прин тые во внимание при экспертизе нож тел  соединен «со входом делитс 

   частоты и с S-входом RS-триггера, . 1. патент ВеЛ 1кобритании

   R-вход которого подключен к вшоду 1396 688, кл. G 1 N, опублик. 1975 делител  частоты и к установочному
2. 2. Авторское свидетельство СССР

   .входу счетчика, а выход - к третьим 5 2600469/18-10, кл., G 01 р 15/08,

   входам двух схем И.1978 (прототип).