SU980001A1 - Цифровой измеритель скорости - Google Patents

Description

(5) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

1

Изобретение относитс  к технике контрол  и регулировани  и может быть использовано дл  измерени  низких скоростей вращени  и линейных перемещений различного рода валов и механизмов металхгарежущих станков.

Известно устройство дл  преобразовани  угловой скорости вращени  вала в частоту следовани  импульсов , содержащее фазовращатель, подсоединенный : входом через фазоврасщепительный блок и делитель частоты к генератору эталонной частоты, а выходом через умножитель частоты к первому входу блока сравнени , причем второй вход блока сравнени  св зан с выходом генератора 1 .

Недостатками такого устройства  вл етс  то, что выходной сигнал не имеет нулевого значени  при скорости вращени  вала, равной нулю, устройство не позвол ет также измер ть достаточно точно низкие скорости вращени  вала, имеет низкие

скорости линейного перемещени  при использовании в качестве датчика линейного .перемещени  фазовращател  типа линейЯого индуктосина из-за слишком высокой частоты питани  фазо-. вращател , а также имеет вследствие этого низкий диапазон измерени  скоростей и может измер ть только модуль скорости.

Известно также устройство цифро10 вого измерени  скорости, содержащее частотный датчик, блок задани  временного интервала, вентиль, генератор эталонной частоты С 2.

К недостаткам этого устройства

15 можно отнести низкую точность измерен ни  при низких скорост х вращени  из-за увеличени  времени измерени , что увеличивает динамические ошибки , например, при использовании его

20 в системе автоматического регулировани  технологического процесса .

Claims (1)

1. Известен цифровой измеритель низ-: кой скорости, содержащий фазовраща39 тель, первый формирователь, делитель частоты, генератор эталонной частоты , цифровой частотомер и первый канал измерени , состо щий из триггера , двухвходовой схемы И, накопитель ного счетчика и трехвходовой схемы И, при этом выход фазовращател  через первый формирователь и делител частоты соединен с первым входом триггера,  вл ющимс  первым входом первого канала измерени , и с первым входом трехвходовой схемы И, второй вход которой подключен к второму вхо ду двухвходовой схемы И и к выходу триггера, а третий вход к выходу генератора эталонной частоты,  вл ющемус  вторым входом первого канала измерени ., и к первому входу двухвхо довой схемы И, выход которой через накопительный счетчик соединен со вт рым входом триггера 3. Однако указанное устройство имеет узкие функциональные возможности его использовани  из-за невозможности использовани  его при изме рении пути, когда требуетс  по услови м точности достаточно высока  частота питани  фазовращател , а также невозможно измерить им скорос без дополнительных устройств при см не направлени  вращени  подвижной части фазовращател , т.е. при друго направлении вращени  вообще не изме р етс  скорость. Недостаток устройства заключаетс  также в низкой „ ТОЧНОСТИ измерени  малой скорости вращену , заключающийс  в том, что фактическа  частота выходного напр  жени  фазовращател  снимаетс  с дел тел  частоты, определ етс  по выражению . f,J.PH где N-, - емкость делител  частотыj f - частота переменных-напр жений , питающих обмотку статора фазовращател ; Р. - число пар полюсов фазовращател ; п - скорость вращени  ротора, об/мин. Коэффициент делени  делител  частоты М|Установленного после формировател  импульсов, фактически снимает эффективное значение пар полюсов фазовращател , снижа  тем самым точность измерени  низких скоростей вращени , и в целом снижаетс  диапа зон измерени  низких скоростей. Цель изобретени  - увеличение диапазона и точности измерени  низкой скорости и расширение функциональных возможностей за счет дополнительного измерени  пути. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель скорости и пути введены два смесител  частоты, второй формирователь, блок измерени  и индикации пути, первый инвертор, схема ИЛИ, согласующий делитель частоты, блок индикации знака скорости и второй канал измерений, в каждый канал измерени  дополнительно введены два инвертора и втора  трехвходова  схема И, причем выходы смесителей подключены ко входам фазовращател , выход которого через второй формирователь соединен с блоком измерени  и индикации пути, выход делител  частоты подключен через первый инвертор к первому входу второго канала измерени , а через второй инвертор - к первому входу второй трехвходовой схемы И, с вторым входом которой через третий инвертор соединен выход триггера, третий вход второй трехвходовой.схемы И подключен к выходу генератора эталонной частоты и второму входу второго канала измерени , а выход ее,  вл ющийс  первым выходом первого канала измерение, к первому входу блока индикации знака, второй вход которого соединен с выходом первой трехвходовой схемы И,  вл ющимс  вторым выходом первого канала измерени  , выходы обоих каналов измерени  через схему ИЛИ и согласующий делитель частоты подключены к цифровому частотомеру о На чертеже представлена схема цифрового измерител  скорости; на фиг. 2 - его временные диаграммы. Устройство содержит фазовраща тель 1 двухфазного питани , например любой из датчиков дл  кругового типа сельсин, линейный вращающий трансформатор типа СКВТ, индуктосин , редуктосин, резольвер, а в качестве линейного фазовращател  линейный индуктосин типа ДЛМ-11 двухфазного питани  головки и выходной обмотки, расположенной на линейке , соединенный с контролируемым объектом и св занный через второй формирователь 2 с блоком измерени  и индикации пути 3, через первый формирователь k с делителем ча- стоты 5 и блоком вычитани  6 длительности полупериода возбуждающего напр жени  фазовращател  1 из полупериода напр жени  делител  частоты s 5, поделенных на коэффициент делител  частоты, состо щего из последовательно соединенных триггера 7 с разделенными входами, двухвходового элемента И 8 и накопительного ю счетчика 9, при этом входы триггера 7 соединены с выходом делител  частоты 5 и накопительного счетчика 9, первый вход двухвходового элемента И 8 подключен к выходу гене- 15 ратора эталонной частоты 10, его выход подсоединен к входу накопительного счетчика 9 з выход триггера 7 подсоединен ко второму входу двух входового элемента И 8, выходы дели- 20 тел  частоты 5, триггера 7 и генератора 10 подсоединены к входам трехвходового элемента И 11, выход которого через согласущий делитель частоты 12 подключен к цифровому час- 25 тотомеру 13о Дополнительно введен еще один канал измерени  1k во втором полупериоде возбуждающего напр жени  фазовращател  1, св занный с выходом зо делител  частоты 5 через инвертор 15| а синусна  16 и косинусна  17 обмотки фазовращател  1 включены на выходах соответствующих смесителей частоты 18 и 19 высокочастотного напр жени  с низкочастотным, формирователи импульсов 2 и k выполнены на базе активнь1Х узкополосных фильтров с высокими коэффициентами передачи, причем в первый 20 и д второй 1k каналы измерени  в каждый дополнительно введены два инвертора 21 и 22, входами подсоединенные к выходам делител  частоты 5 и триггера соответственно, а их выходы д, и выход генератора 10 соединены со входами второго трехвходового элемента И 23 другого знака скорости, причем выходы двух трехвходовых элементов И 11 и 23 каждого из каналов 20 и Ш подключены ко входам четырехвходового элемента ИЛИ 2, выход которого через согласующий делитель частоты 12 соединен с цифровым частотометром 13 а выходы первого и второго трехвходовых элементов И 11 и И 23 одного иЗ каналов измерени , например, 20, подключены к блоку индикации знака скорости 25. гов бот етс а с лит Где : Зна или про возб нию но цифр сти ност од кана мать ство пери пр ж дели выра где выхода делител  частоты 5 круго фазовращател  1 с учетом радвух каналов измерени  снимасигнал , ,H. линейного фазовращател  1 с дел  частоты 5 снимаетс  сигнал :, .мзд, ,„ fp - частота питающих напр жеНИИ фазовращателей} п - скорость вращени  ротора, об/мин; РХ) - ЧИСЛО пар полюсов фазовращател  кругового типа; РЛ - число пар проводников, участвующих в. генерировании выходного сигнала линейноно го и нду ктоси на j V - скорость линейного перемещени  головки индуктосина ММ/МИН; h - шаг обмотки, при прохождении которого выходное напр жение измер етс  на N - коэфициент делени  делите-. л  частоты 5. плюс говорит о том, что ротор головка фазовращател  движутс  ив направлени  магнитного пол  уждени , а минус по направлепол  фазовращател  1. Минимальвозможную скорость, измер емую овым измерителем низкой скороможно получить из услови  точи измерени , т.е. за один периапр жени  питани  с учетом двух лов измерени  20 и 1 должно снис  минимально возможное количеимпульсов заполнени  разности одов питающего и выходного наени  фазовращател , снимаемых с тел  частоты 5, определ емое по жению (To-T)fr, TO период напр жени  фа-,, зовращател  1, снимаемый с выхода делител  частоты 5 период текущего значени  напр жени  фазовращател  1 с учетом коэффициента делени  делител  частоты 5 ff. - частота импульсов ге нератора эталонной частоты, Гц. Подставл   в (З) выражени  (1) и (2), получим соответствующие выражени  дл  определени  минимально возможных скоростей измерени  цифровым измерителем низкой скорости, mm o rn-in- P2( ) Исход  из услови  устойчивого измерени  временные диаграммы на фиг.26 и 26 скорости,определим максимально возможные скорости из того, что максимально возможное приращение частоты fвторое слагаемое в выражени х 1 и 2) по условию устойчивого измерени  скорости не должно пре вышать частоты на выходе делител  частоты 5 при нулевой скорости.определ емое по выражени м feolnf Максимально возможный диапазон измерени  скорости определ етс  дл  любого исполнени  фазовращател  по выражению Анализ выражений () и (5) позво л ет сделать вывод о том, что наибольшее снижение низких скоростей измерени  обеспечиваетс  за счет с жени  частоты питающего фазовращатель напр жени , а не за счет увеличени  коэффициента делени  делит л  частоты 5, так как минимально возможные скорости измерени  наход с  в квадратичной зависимости от f Анализ выражени  (8) показывает то что со снижением частоты (увеличени  периода Т) на выходе блока вы тани  длительности полупериода воз буждающего напр жени  фазовращател  из полупериода напр жени  делител  частоты 5 при нулевой скорост удаетс  также увеличить диапазон измерени  низких скоростей фазовра 1 щател . Наиболее перспективным  в етс  использование одного и того же фазовращател  дл  измерени  пути и скорости п  этого обеспечение высокой точности одновременного измерени  пути, пройденном подвижной частью датчика, и скорости его перемещени  целесообразно дл  измерени  пути использовать высокую частоту питани  датчика, котора  равна 10 кГц в серийно выпускаемых устройствах измерени  пути УЦИФ51, УЦИФ513, а также в числовых програмных устройствах, предназначенных дл  управлени  металлорежущими станками, а дл  измерени  скорости - низкую частоту питани  датчика (в зависимости от заданного быстродействи  она должна лежать в пределах от ТОО ДО 500 Гц, а дл  инерционных систем и ниже), со снижением которой растет точность и расшир етс  диапазон измерени  низких скоростей. Все это обусловило запитывать фазовращатель разными по частоте напр жени ми, а на выходе ставить усилители формирователи , настроенные каждый на определённую (высокую и низкую) частоту , причем полоса пропускани  скоростного канала измерени  дл  обеспечени  устойчивого измерени  скорости дл  реверсивного исполнени  датчика должна лежать в пределах . СЭ) Устройство работает следующим образом . На вход фазовраи1ател  1 на синусную обмотку 16 подаетс  суммарное значение смешанного по частоте смесителем 18 напр жение двух частот (высокочастотного и низкочастотного ) . На косинусную обмотку 17 фазовращател  1 подаютс  напр жени  таких же частот, но сдвинутые по фазе относительно соответствующих напр жений на угол в 90 электрических градусов , снимаемые с выхода смесител  1Э напр жение с выхода фазовращател  1, отфильтрованное и преобразованное в пр моугольные импульсы высокочастотным формирователем 2, подаетс  на блок измерени  и индикации пути 3 (фиГо 2), ас выхода низкочастотного формировател  k подаетс  на вход делител  частоты 5 емкостью N. Емкость делител  частоты 5 выбираетс  из того услови , что если не удаетс  значительно снизить частоту питани  фазовращател  (например, из-за снижени  на низких частотах коэффициента магнитной св  зи между обмотками фазовращател , особенно при выполнении его в безиндуктивном варианте), В линейном индуктосине типа ДЛМ-11 возможно без ущерба дл  измерени  понизить частоту с 10 кГц до 1 кГц, а делите лем частоты 5 еще дополнительно снизить до 100 Гц. На временной диаграмме 2а изображена осциллограмма измерени  скорости фазовращател . Нулевым потенциалом с выхода делите л  частоты 5 (фиг, 26) навыходе триггера 7 с раздельными входами устанавливаетс  положительный потен циал (фиг. 2в). При этом подготавли ваетс  элемент И 11 , открываетс  элемент И 8 и на накопительный счетчик 9 поступают импульсы напр жени  генератора эталонной частоты 10 (фиГо 2г). Длительность положительного пр  моугольного импульса, формируемого на выходе триггера 7, устанавли ваетс  равной полупериоду напр жени с выхода делител  частоты 5 при ско рости ротора или при скорости головки линейного перемещени , фазовращателей , равной нулю. Дл  этою го емкость накопительного счетчика должна удовлетвор ть условию NJ N, -Г-г ( Во второй половине периода напр жени  с выхода делител  частоты 5 положительным потенциалом открываетс  элемент И 11 и импульсы напр жени  генератора эталонной часто ты 10 поступают на первый вход сумм рующего элемента ИЛИ 2k (фиг. 2й), Накопительный счетчик 9 отсчитав число импульсов N2 генератора 10, устанавливает последним импульсом на выходе триггера 7 нулевой потенциал, при этом элементы И 11 и И 8 закрываютс , а на первый вход элемента ИЛИ 2Ц за один период напр жени  с выхода делител  частоты 5 поступит (To-T)ff- импульсов напр жени  генератора эталонной частоты 10 (фиг. 23) . С приходом нулевого потенциала следующего периода напр жени , снимаемого с выхода делител  частоты 5, на выходе триггер 7 вновь устанавливаетс  положительный потенциал И процесс измерени  скорости в этом периоде повтор етс  и т.д. Дл  расширени  функциональных возможностей цифрового измерител  низких скоростей дл  измерени  скорости ДРУГОГО направлени  (знака) введены два инвертора 21 и 22, которые инвертируют сигналы с выхода делител  частоты 5 и с выхода триггера 7. Инвертированные сигналы и сигнал с выхода генератора эталонной частоты 10 поступают на второй трехвходовой элемент И 23 (фиг, 2е и 2ж) который работает при смене направлени  скорости вращени  или линейного перемещени  (фиг. 2а дл  отрицательного значени  скорости). Выходные сигналы трехвходовых элементов И 11 и И 23, работающих на разную пол рность скорости перемещений , поступают на схему индикации 25 направлени  (знака) скорости перемещений подвижной части того или иного фазовращател  (фиг. 26 и 23). Описанный канал цифрового измерени  скорости работает лишь при переходе напр жени  с высокого уровн  потенциала на низкий, снимаемый с делител  частоты 5,- а при обратном переходе этот канал измерени  не работает, что ведет к потере информации за второй полупериод напр жени  делител  частоты 5. /1л  дополнителЬ ного увеличени  точности измерени  введен еще один реверсивный блок Ц вычитани  длительности полупериода возбуждающего напр жени  фазовращател  1 из полупериода напр жени  делител  частоты 5 работй которого аналогична описанному выше блоку 20, но с той лишь разницей, что он подключен к делителю частоты 5 через инвертор 15 Временные диаграммы, по сн ю1цие работу блока 1, приведены на фиг. 2е и 2к, 2л и 2м. Сигналы, снимаемые с выходов трехвходовых элементов И 11, И 23(фиг.23 и 2з и аналогичных элементов в блоке 14 (фиг. 2к и 2и), поступают на входы суммируюсцего элемента ИЛИ 24, а выходной суммарный сигнал (фиг. 2н), независ щий от направлени  скорости, поступает через согласующий делитель частоты 12 на цифровой частотометр 13. При этом использование двух блоков измерени  СКОРОСТИ 20 и 1 + не сужает диапазона измерени  скорости. Согласующий делитель частоты предназначен дл  согласовани  выхода цифрового измерител  скорости с индикацией в оп ределенных единицах измерени  (об/м или мм/мин). Кроме того, выход элемента ИЛИ 2 и выходы элементов И 11 и И 23 одного из каналов измерени  поступают на схему автоматического регулировани  какого-либо технологического процесса (фиг, 1). Емкость согласующего счетчика 12 мо жет быть расчитана дл  времени счет по выражени м; (,)iobt при этом скорости 8 1 об/мин соответствует частота индикации в 1 кГц а дл  линейного фазовращател  N, fp l bohf rvp,)io s при этом скорости в 1 мм/мин соответствует частота индикации в 1 кГ Формула изобретени  Цифровой измеритель скорости, со держащий фазовращатель, первый фор мирователь , делитель частоты, генератор эталонной частоты, цифровой частотомер и первый канал измерени , состо щий из триггера, двухвходовой схемы И, накопительного счетчика и трехвходовой схемы И, при этом выход фазовращател  через первый формирователь и делитель частоты соединен с первым входом триггера,  вл ющимс  первым входом первого канала измерени , и с первым входом трехвходовой схемы И, второй вход которой подключен к вт рому входу двухвходовой схемы И и к выходу триггера, а третий вход к выходу генератора эталонной част ты,  вл ющемус  вторым входом первого канала измерени , и к первому входу двухвходовой схемы И, выход которой через накопительный счетчик соединен с вторым входом три|- гера, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  диапазона и точности измерени  низкой скорости и расширени  функциональных возможностей за счет дополнительного измерени  пути, в него введены два смесител  частотв, второй формирователь , блок измерени  и индикации пути, первый инвертор, схема ИЛИ, согласующий делитель частоты, блок индикации знака скорости и второй канал измерени , в каждый канал дополнительно введены два инвертора и втора  трехвходова  схема И, причем выходы смесителей подключены к входам фазовращател  5 выход которого через второй формирователь соединен с блоком измерени  и индикации пути, выход делител  частоты подключен через первый инвертор к первому входу второго канала измерени , а через второй инвертор к первому входу второй трехвходовой схемы И, с вторым входом которой через третий инвертор соединен выход триггера, третий вход второй трехвходовой схемы И подключен к выходу генератора эталонной частоты и второму входу второго канала измерени , а выход ее,  вл ющийс  первым выходом первого канала измерени , к первому входу блока индикации знака скорости, второй вход которого соединен с выходом первой трехвходовой схемы И,  вл ющимс  вторым выходом первого канала измерени , выходы обоих каналов измерени  через схему ИЛИ и согласующий делитель частоты подключены к цифровому частотомеру. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР N 325619, кл. G 01 Р 3/00, 1970. 2,Авторское свидетельство СССР N 386339, кл. G 01 Р 3/5, 1971. 3,Авторское свидетельство СССР W 763921, кл. G 01 Р ЗЛ79, 1977 (прототип).

   8 с AS