SU974274A1 - Устройство дл измерени скорости вращени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  и контрол  параметров вращенй  и может быть использовано дл  измерени  скорости вращени  различного рода валов и механизмов. Известно устройство дл  измерени  скорости вращени , которое состоит из импульсного датчика скорости, счетчика числа периодов, ключа, триггера и генератора эталонной частоты t1. Счетчик импульсов эталонной частоты вырабатывает сигнал, снимаемый с выхода одного из разр дов счетчика импульсов эталонной частоты. Счет време ни заканчиваетс  при по влении первого после сигнала импульса с датчика скорости. Фактически определ етс  пол ное врем , укладывающеес  в целое чис ло импульсов с датчика скорости. При этом дл  определени  скорости необходимо делить, целое число оборотов N2 на переменную величину N , записанную в счетчик импульсов эталонной частоты однако узел, производ щий это вычисле ние, в устройстве отсутствует вследствие чего оно не позвол ет автоматически определ ть угловую скорость. Кроме того, устройство не обеспечивает заданную точности, так как за врем  по влени  NQ, импульса определ етс  неполный интервал времени в св зи с тем, что вычисление в счетчике импульсов эталонной частоты начинаетс  от заднего фронта импульса с датчика и прекращаетс  передним фронтом с датчика. Следовательно, ошибка зависит от скважности импульсов с датчика. При снижении скорости вращени  длительность периода с датчика растет, что приводит к переполнению счетчика импульсов эталонной частоты и тем самым к искажению результатов измерени . Указанные выше недостатки в целом снижают точность измерени . Также известно устройство дл  измерени  скорости, вращени , содержащее кварцевый генератор. Датчик оборотов, управл емый делитель частоты, выход 3-31 которого соединен с установочными входами первого и второго триггеров, четыре элемента И, счетчик, счетный вход которого подключен к выходу четверто го элемента И, а выход -к ичформационному входу регистра fjZJ , , В этом устройстве скорость вращени определ етс  по количеству импульсов, поступающих с датчика импульсов за оп ределенный эталонный интервал времени причем начало очередного измерени , т. е. начало очередного эталонного ин тервала времени синхронизируетс  с импульсами , поступающими с датчика импульсов . Устройство обеспечивает прохождение и счет входных импульсов без пропусков , так как в счетчик импульсов записываютс  импульсы, сдвинутые на половину периода относительно начала отсчета, дл  чего необходимо, чтобы импульсный датчик имел равные по ширине зубь  и впадины на диске модул тора . По окончании каждого цикла изме рени  с четырех выходов блока команд поступают поочередно команды в различ ные узлы устройства. Таких сдвинутых во времени команд четыре,, Врем , занимаемое выдачей команд, равно не. менее четырем периодам кварцевого генератора . Скорость вращени  можно измерить с точностью +0,5 единицы младшего разр да счетчика. Така  точность достигаетс  за счет синхронизации начала отсчета эталонного времени с очередным импульсом от датчика и за счет сдвига относительно этого сигнала импульса , поступающего в сметчик 2. Однако это устройство характеризуетс  недостаточной точностью при нару шении непрерывности измерени , например , в случае, когда по вление очеред ного импульса с датчика совпадает с циклом работы блока команд, вследствие чего импульс не проходит через совпадени , не переворачивает триггер и не запускает .новый цикл измерени . При этом не сосчитан следующий сдвинутый импульс, т, е. имеет ме сто пропуск одного импульса. Случай сбо  происходит также при остановке вала, св занного с датчиком, или при переключении устройства на другой дат чик, который в данный момент не вращаетс . В устройстве новый цикл измерени  запускаетс  очередным импульсом с датчика и при неподвижном датчике на управл емый делитель частоты и счетчик 4 не поступают соответствующие импульсы и при этом в регистре остаетс  результат измерени , записанный в предыдущем цикле. Если же в новом цикле измерени  прекратитс  поступление импульсов с датчика-импульсов и импульс в делитель частоты не поступает, то на его выходе импульсы отсутствуют. В этом случае блок команд не срабатывает и нулевой результат из счетчика не переписываетс  в регистр, в котором сохран етс  результат измерени  предыдущего цикла. Эта ошибка в показани х может быть значительной. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство введены два триггера , два элемента И, узел сдвига фазы входного сигнала и распределитель, причем выход кварцевого генератора соединен со входом распределител , первый выход которого подключен к счет .ному входу управл емого делител  частоты и ко входу синхронизации третьего триггера, второй выход - ко вторым входам второго, шестого элементов И и узла сдвига фазы входного сигнала, третий выход - ко второму входу первого элемента И и к третьему входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый выход - к сбрасывающему входу первого триггера и к первому входу п того элемента И, п тый выход - ко входу синхронизации четвертого три|- гера, а шестой выход - к первому входу узла сдвига фазы входного сигнала,четвертый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, со вторым входом п того элемента И и с третьим входом шестого элемента И, а выход со вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого пбдключен к инверсному выходу еторого триггера. сбрасывающий вход которого соединен с выходом п того элемента И, а пр мой выход - с первым входом шестого элемента И, выход .которого подключен к установочному входу управл емого делител  частоты, выход датчика оборотов соединен с информационным входом третьего триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и к информационному входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно со сбрасывающим входом счетчика и со вторым входом регистра.

На фиг. 1 представлена схема устро-5 йства; на фиг. 2 - пример конкретного выполнени  узла сдвига входных импульсов .

Устройство дл  измерени  скорости вращени  содержит кварцевый генератор Ю 1, распределитель 2, управл емый делитель 3 частоты, триггеры .1-., элементы И 5.1-5.6, датчик 6 оборотов, узел 7 сдвига фазы входных импульсов, счетчик 8 и регистр 9.1$

Выход кварцевого генератора 1, св зан с входом распределител  2, первый выход которого подключен к входу синхронизации триггера М.З и к счетному входу управл емого делител  3 частоты ,2о второй выход распределител  2 - к вторым входам элементов И 5.2 и 5.6, третий выход распределител  3 - к второму входу элемента И 5.1, четвертый вы .ход - к сбрасывающему входу триггера 2S i., и к первому входу элемента И 5.5 п тый выход распределител  2 - к выходу .синхронизации триггера k.k, шестой выход - к одному из входов узла 7 сдвига фазы входных импульсов, другои . вход которого соединен с выходом элемента И 5.3, с вторым входом элемента И 5.5 и с третьим входом элемен та И 5.6, первый и второй стробирующие входы подключены соответственно к второму и третьему входам распределител  2, установочные входы триггеров Ц. и Ц.2 соединены между собой и подключены к выходу управл емого делител  3 частоты, выход триггера . соединен с первыми входами элементов И 5.1 и 5.2, пр мой выход триггера k.2 подключен к первому входуэлемента И 5.6, а инверсный выход - к первому входу элемента И 5. второй вход которого подключен к выходу узла 7 сдвига фазы, выход датчика 6 соединен с информационным входом триггера .3, выход последнего подключен к информационному входу триггера ЦЛ и к первому входу элемента И 5.3, второй Bxo которого соединен с инверсным выходом триггера k.k, выходы элементов И 5.1 и И Б. подключены к сбрасывающему и счетному входам счетчика 8 соответственно , выход которого подключен к пер вому входу (информационному) регистра 9. второй (записывающий)вход которого соединен с выходом элемента И

97427 6

5.2, выход регистра 9  вл етс  выходом устройства.

Распределитель 2 может быть выполнен в нескольких вариантах, в частности в виде цепочки одновибраторов, где каждый последующий одновибратор запускаетс  при возврате предыдущего одновибратора в исходное состо ние. Первый о новибратор запускаетс  импульсом от кварцевого генератора, причем каждый раз на выходах узла 2. по вл етс  сдвинутый во времени пакет импульсов, вначале на первом выходе, а затем по пор дку на следующих выходах . Цикл работы распределител  2 может быть выбран меньше, чем период кварцевого генератора 1.

Распределитель 2 предназначен дл  тактировани  отдельных сигналов в разных цеп х устройства и дл  предотвращени  сбоев за одновременного по влени  импульсов на разных входах узлов устройства.

Claims (2)

1. Управл емый делитель частоты 3 может быть выполнен, например, в виде двоичного счетчика с устанавливаемым коэффициентом пересчета, считающего импульсы от генератора 1 (через распределитель 2), Делитель частоты 3 служит дл  получени  заданного этаЛОННОГО интервала времени, в течение которого пoдcчиtывaютc  импульсы с датчика 6. При подсчете установленного числа импульсов на выходе счетчика по вл етс  сигнал переполнени  и счетчик устанавливаетс  в исходное состо ние . Коэффициент пересчета .выбираетс  в соответствии с требуемым значе|Нием эталонного отрезка времени и с частотой кварцевого генератора 1, и записываетс  в виде числа в дополнительном коде в счетчик при установке его в исходное состо ние. Установочный вход служит дл  возврата счетчика в исходное состо ние при по влении импульса на этом входе. Триггеры 4.1 и k.2 могут быть выполнены , например, в виде I К- или RSтриггеров и служат дл  запоминани  сигнала переполнени  с управл емого делител  частоты 3 и устанавливаютс  в 1 в момент по влени  этого сигнала . Триггер t.l сбрасываетс  в О третьим стробирующим импульсом от распределител  2, а триггер 4.2 при по влении сигнала на выходе элемента 5.5. Триггеры .3 и Ц.Ц сложат дл  стробировани  импульсов, поступающих с датчика импульсов 6, и дл  формирова797Л2 ни  одиночного сигнала на выход элемента И 5.3 при по влении сигнала с датчика импульсов 6 после очередного переполнени  делител  частоты 3. В данном примере триггеры .3 и - D-триггеры, но можно использовать I К- и flS-TpMrrepbf. Элементы И 5..6  вл ютс  обычными потенциальными схемами, которые при одновременном наличии сигналов ,на их 10 входах выдают на своих выходах сигналы . Элементы И 5.1-5-2 служат в качестве ключей, пропускающих стробимпульсы перезаписи в регистр 9 и сброса счет-15 чика импульсов 8 в конце такта измерени , Элемент И 5.3 служит дл  формировани  стробирующих импульсов фиксированной длительности при каждом по влении 20 сигнала с датчика оборотос5 6. Элемент. И 5. блокирует прохождение импульсов на счетчик 8 после окончани  цикла измерени , Элемент,И 5.5 служит дл  стробиро-,25 вани  импульса сброса триггера .2 в этом цикле, Элемент И 5-6 служит дл  стробироввани  сигнала с элемента 5.3 установки управл емого делител  3 в исходноезо состо ние. Датчик импульсов 6 предетавл ет собой узел, который вырабатывает при вращении контролируемого объекта импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращени  вала объекта . Особых, требований к скважности импульсов с датчика б (в отличие от прототипа ) не предъ вл етс , а обеспече-; ние требуемой длительности импульса Q необходимо только дл  того, 4тобы успел сформироватьс  импульс на выходе датчика 6. Если на выходе датчика 6 формируютс , например, сигналы синусоидальной формы, то необходимо в ройство включить формирователь импульсов , вход щий в состав самого датчика. Узел сдвига фазы входных импульсов 7 предназначен дл  формировани  серии .импульсов, сдвинутых на полпериода относительно импульсов, поступающих с датчика оборотов 6. Пример,конкретного выполнени  узла сдвига 7 приведен на фиг, 2, Узел сдвига фазы входных импульсов 7 (фиг. 2) содержит триггеры 10,1 и 10.2, счетчики 11,1 и 11.2, элементы И 12.1-12.3- 8 Триггер 10,1  вл етс  пёресчетным и делит в два раза частоту, поступающую на вход счетчика 11.1. Счетчики 11.Г и 11.2 имеют одинаковое число разр дов. . Триггер 10.2 в данном конкретном случае  вл етс  I К-триггером. Его устанавливающий вход св зан с выходом счетчика 11.2.При переполнении этого счетчика по вл етс  сигнал, который своим задним фронтом переводит триггер 10.2 в единичное состо ние. К выходу элемента 12,1 подключен установочный вход счетчика 11.2,.к выходу элемента 12.2 подключены сбрасывающиевходы элементов 10.1, 10.2 и 11.1. Выход элемента 12..3  вл етс  выходом узла 7. Установочные входы счетчика 11.2 поразр дно соединены с инверсными выходами счетчика 11.1. Счетные входы тоиггера 10,1 и счетчика 11.2 соедин ютс  между собой и  вл ютс  одним из входов узла 1, подключенный к шестому выходу распределител  2 устройства. Соединенные собой первые входы элементов И 12,1 И 12.2  вл ютс  другим входом узла 7 и соединены с выходом элемента И 5.3Вторые входы элементов И 12.1 и 12.2  вл ютс  стробирующими входами и соединены соответственно, к второму и третьему выходам распределител  2, При использовании,, например, аналогового варианта эти цепи могут отсутствовать . Узел сдвига фаз 7 в данном варианте по результатам измерени  длительности предыдущего периода вырабатывает в текущем периоде сигнал через интервал времени, равный половине дли тельности предыдущего периода. Это осуществл етс  следующим образом. Счетчик И 11.1 (через триггер 10.1) и 11.2 непрерывно считают импульсы. поступающие с шестого выхода распре делител  2, При очередном поступлении импульса с датчика оборотов 6 на выходе элемента 5.3  вл етс  сигнал, который поступает на первые входы элементов 12.1 и 12,2 и разрешает прохождение стробов с второго и третьего выходов распределител  2 соответственно на устанавливающий вход счетчика 11.2 и на сбрасывающие входы триггеров 10.1 и 10,2 и счетчика 11,1, При этом информаци , содержаща с  в счетчике 11,1, записываетс  в дополнительном коде в счетчик 11.2-, после чего триггера 10.1 и 10.2 и счетчик П,1 устанавливаютс  в исходное состо ние. Счетчик 11.1 на чинает считать длительность текущего периода, а в счетчике 11.2 начинает с удвоенной скоростью считывать записанное в нем число. Так как счетчик 11.2 считает с удвоенной частотой, то записанное число сосчитано в два раза быстрее, чем оно было записано, т. е. через полпериода, при этом на выходе счетчика 11.2 по витс  сигнал перепол нени , который поступает на выход узла 7 и сосчитан сметчиком 8 в середине текущего полупериода. 8 момент окончани  сигнала триггер 10.2 перевернетс  в единичное состо  ние и закроет элемент И .12.3 до по влени  следующего импульса с датчика оборотов 6. Триггер 10.2 и элемент И 12.3 служат дл  заиц1ты. при необходимости от повторного переполнени  по каким-либо причинам счетчика 11.2 в пределах одного -периода. Таким образом, на выходе узла 7 по вл етс  последовательность импульсов , сдвинутс  на 180 относительно сигналов, поступающих с датчика оборотов 6, независимо от скважности эти сигналов. Устройство измерени  скорости вращени  работает следующим образом. Кварцевый генератор 1, независимо от наличи  или отсутстви  импульсов на выходе датчика 6, вызывает циклическую работу распределител  2, При каждом срабатывании распределител  2 импульсы с его первого выхода сосчитываютс  узлом 3. На выходе уз|ла 3 синхронно с первым тактом распределител  2, периодически по вл етс  сигнал , который переводит триггера t.l и t.2 в единичное состо ние. При этом триггер k.} открывает элементы И 5-1 и 5-2, а триггер ,2 выдает разрешающий сигнал на элемент И 5.6 и закрывает элемент И 5... При этом второй строб распределител  2 проходит на синхронизирующий вход регистра 9 вызыва  перезапись в него информации с выхода счетчика 8. Вслед за этим третьим стробом с распределител  2 счетчик 8 сбрасываетс  в исходное состо ние. Триггер . сбрасываетс  в нулевое состо ние четвертым стробом с распределител  2. Таким образом, независимо от наличи  сигналов с датчика оборотов 6, пе риодически сигналом с выхода узла 3 осуществл етс  перезапись информации в регистр 9 из счетчика 8 и сброс последнего . При каждом по влении очередного импульса на выходе датчика 4 на выходе элемёнта И 5-3 вырабатываетс  сигнал начало которого совладеет с началом .первого строба распределител  2, а ко ,нец г с началом п того строба с распределител  2, причем сигнал этот по (Явл етс  только в такте распределител  , следующим первым после по влени  очередного импульса на выходе датчика 6. Осуществл етс  это следующим образом . Триггер k.3 переписывает состо ние рыхода датчика 6 каждый раз, когда на триггер .3 поступает импульс (первый строб) на его синхронизирующий вход. Состо ние триггера t.3 переписываетс  в триггер k.k с задержкой, так как на его синхронизирующий вход поступает импульс с п того выхода распределител  2. Предположим, что в исходном состо нии на выходе датчика 6 сигнал отсутствует . Тогда в триггерах А. 3 и ,k будут записаны нули и на выходе элемента И 5.3 сигнал будет отсутствовать Если на выходе датчика 6 по витс  сигнал , то при по влении очередного строба на первым выходе распределител  2 триггер .3 перейдет в единичное состо ние . При этом на выходе элемента И 5-3 по витс  сигнал, так как элемент И 5.3 срабатывает, когда в триггере .3 записана 1, а в триггере k.k - О. При по влении п того строба в триггер также записываетс  1 и сигнал на выходе элемента И5.3 исчезает и не по вл етс  при следую- у щих циклах работы распределител  2, несмотр  на то, что сигнал на выходе датчика 6 будет сохран тьс , так как в триггерах . 3, t.А будут записаны 1, При исчезновении сигнала на выходе датчика триггера А.З и k.k в той же последовательности вернутс  в исходное состо ние, но при этом на выходе элемента 5.3 сигнала не будет. Сигнал по витс  вновь только в момент по влени  очередного импульса на выходе датчика 6. При по влении сигнала на выходе элемента И 5-3 узел 7 устанавливаетс  в исходное состо ние и при установленном в единичное состо ние триггере .2, разрешаетс  прохождение. второго строба с распределител  2 через элемент И 5-6 на установочный вход узла 3 и прохождение четвертого строба с распределител  2 через элемент И 5-5 на сбрасывающий вход тригге ра k.2. Таким образом, осуществл етс  синхронизаци  начала очередного цикла измерени  с очередным, в данном цикле измерение первым импульсом с датчика 6 При сброшенном триггере .2 сигнал с выхода элемента И 5-3 поступает толь на .вход узла 7, управл   его работой , .е узла 7 через элемент И 5- импульсы начинают поступать на вход счетчика 8, в котором сосчитываютс , и при очередном срабатывании узла 3 показани  счетчика 8 записываютс  в регистр 9. С выхода последнего снимаетс  информаци  об очередном цикле измерени . Введение узла сдвига фазы в устрой стве позвол ет исключить вли ние скважности на точность измерени , а также обеспечить необходимый сдвиг фазы на IBO. Исключены сбои и не нарушаетс  непрерывность измерени  в случае, когда импульс с датчика совпадает с циклом работы управл еТ ого делител , так как с помощью вновь зведенногЪ pacnpe делител  разделены во времени сигналы окончани  очередного цикла и сигналы начала нового цикла. За счет того, что считывание в регистр и сброс счет чика сделаны независимыми от наличи  или отсутстви  сигналов на выходе дат чика, исключены сбои при остановке датчика. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  скорости вращени , содержащее кварцевый генератор , датчик оборотов, управл емый делитель частоты, выход которого соединен с установочными входами первого и второго триггеров, четыре элемен та И,-счетчик, счетный вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход - к информационному входу регистра, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены два триггера , два элемента И, узел сдвига фазы входного сигнала и распределитель, причем выход кварцевого генератора соединен со входом распределител , первый выход которого подключен к счетному входу управл емого делител  частоты и ко входу синхронизации третьего триггера, второй выход - ко вторым входам второго, шестого элементов И и узла сдвига фазы входного сигнала, третий выход - ко второму входу первого элемента И и к третьему входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый выход - к сбрасывающему входу первого триггера и к первому входу п того элемента и, п тый выход - ко входу синхронизации четвертого триггера , а шестой выход - к первому входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, со вторым входом п того элемента И и с треTb (5fM входом шестого элемента И, а выход - со вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера , сбрасывающий вход которого соединен с выходом п того элемента И, а пр мой выход - с первым входом шестоГО элемента И, выход которого подключен к установочному входу управл емого делител  частоты, выход датчика оборотов соединен с информационным входом третьего триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и к информационному входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, выход которых соединен соответственно со сбрасывающим входом счетчика и со вторым входом регистра. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 670890, кл. G 01 Р 3/t8,.1978.
2. 2.Авторское свидетельство СССР W 645085, кл. G 01 Р З/З, 1977 (прототип ) .