Устройство для измерения параметров вращения

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерения разности частот вращения двух валов. Для этого в устройство, содержащее два импульсных техометра 1 и 3, два счетных триггера 2 и 4, два программируемых таймера 9 и 10, на нулевых счетчиках которых построены программно управляемые делители частоты, а на остальных - измерители периодов сигналов с датчиков, а также блок 16 вычисления, например микро-ЭВМ, введен блок 5 предварительного измерения разности частот. В случае, если абсолютные значения частот вращения велики, а разность между ними мала, блок 5 позволяет получить информацию о том, сколько периодов сигналов с датчиков необходимо квантовать импульсами эталонного генератора 8, чтобы достичь необходимой точности измерения, значение которой предварительно введено в блок 16 вычисления. Блок 5 содержит частотный компаратор, блок выделения разностной частоты, логические схемы И и ИЛИ и третий программируемый таймер, с помощью которого определяется значение разностной частоты. 2 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСНих

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВ ЛИК

g9) 122) (51)5 C 01 Р 3/56

l9idi; II .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

И A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4156417/24-10 (22) 03. 11.86 (46) 15, 12,90. Бюл. Р 46 (7 1 ) Винницкий политехниче с ки и институт (72) В.Т.Иаликов, В.A.Ïîäæàðåèêî, А.П.Шаповалов, В.С.Овчинников и А.Я.Кулик (53) 621.317.39;531.7 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 957109, кл. G 01 Р 3/56, 1980.

Заявка Р 4139303/24-10 .кл. С 01 P 3/56, 27,09.86.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРЯЕНКЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Пелью изобретения является расширение динамического диапазона измерения разности частот врашения двух валов. Для этого в устройство, содержащее два импульсных техометра 1 и 3, два счетных триггера 2 и -, два программируемых таймера 9 и 10, на нулевых счетчиках которых построены программно управляемые делители частоты, а на остальУ.

1613960

10 ных — измерители периодов сигналов с датчиков, а также блок 16 вычисления, например микроЭВМ, введен блок 5 предварительного измерения разности частот. В случае; если абсолютные значения частот вращения велики, а разность между ними мала блок 5 поз9 воляет получить информацик1 о том, сколько периодов сигналов с датчиков необходимо квантовать импульсами

Изобретение относится к измерительной технике и. может найти применение в научно-исследовательских и заводских лабораториях для измерения разности скоростей вращения рабочих органов машин и механизмов, Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерения разности частот вращения двух валов °

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения параметров вращения; на фиг.2 — структурная схема. блока предварительного измерения разности частот.

Устройство для измерения параметров вращения содержит первый импульсный тахометр 1, выход которого соединен с входом первого счетного триггера 2, второй импульсный тахометр

3, выход которого подключен к входу второго счетного триггера 4, блок 5 предварительного измерения разности частот, первый вход которого соединен с выходом первого счетного триггера 2, а второй вход — с выходом второго счетного триггера 4, первый

6 и второй 7 инверторы, генератор 8 эталонной частоты, выход которого подключен к третьему входу. блока 5 предварительного измерения разности частот, к счетным входам С первого

СТ1 и второго СТ2 счетчиков первого программируемого таймера 9, к счетным входам первого СТ1 и второго

СТ2 счетчиков второго программируемого таймера 10, выход первого счетно— го триггера 2 соединен со счетным входом С нулевого счетчика СТО первого программируемого таймера 9, выход второго счетного триггера 4 подключен к счетному входу С нулевого счет п ка СТО второго программ«руемо20

55 эталонного генератора 8, чтобы достичь необходимой точности измерения, значение которой предварительно введено в блок 16 вычисления. Блок 5 содержиФ частотный компаратор, блок выделения разностной частоты, логические схемы И и ИЛИ и третий программируемый таймер, с помощью которого определяется значение разност— ной частоты. 2 ил. го таймера 10, вход первого инвертора 6 соединен с выходом 0 нулевого счетчика СТО первого программируемо го таймера 9, с первь м входом программируемого контроллера 11 прерываний и с разрешающим входом P первого счетчика СТ1 первого программируемого таймера 9, а выход — с нулевым входом программируемого контроллера

11 прерываний, с разрешающим входом

P второго счетчика СТ2 первого прог— раммируемого таймера 9, вход второго инвертора 7 подключен к счетному входу С нулевого счетчика СТО второго программируемого таймера 10, к третьему входу программируемого контроллера 11 прерываний и к разрешающему входу Р первого счетчика

СТ1 второго программируемого таймера

10, а выход — к второму входу программируемого контроллера 11 прерываний и к разрешающему входу P второго счетчика СТ2 второго программируемого таймера 10, первый выход блока 5 предварительного измерения разности частот соединен с четвертым входом программируемого контроллера 11 прерываний, а второй выход блока 5 предварительного измерения разности частот подключен к пятому входу программируемого контроллера 11 прерываний, посред твом системной шины

12 центральный процессор 13 связан с блоком 14 оперативной памяти и блоком 15 индикации, входящими в состав блока 16 вычисления, а также с первым 9 и вторым 10 программируемыми таймерами, программируемым контроллером 11 прерываний и блоком

5 предварительного измерения разности частот.

Блок 5 предварительного измерения разности частот включает в себя частотный компарятор 17, первый выход

5 161 которого подключен к первому входу первой логической схемы И 18 и к первому входу второй логической схемы И 19, второй выход — к первому входу третьей логической схемы И 20 и к первому входу четвертой логической схемы И 21, первый вход — к второму входу первой логической схемы

И 18 и к второму входу третьей логической схемы И 20, а второй вход— к второму входу четвертой логической схемы И 21 первую логическую схему

ИПИ 22, первый вход которой соединен с выходом второй логической схемы

И 19, а второй вход - с выходом третьей логической схемы И 20, вторую логическую схему ИЛИ 23, первый вход которой подключен к выходу первой логической схемы И 18, второй вход - к выходу четвертой логической схемы И 21, а выход — к второму входу устройства 24 выделения разностной частоты, выход первой логической схемы ИЛИ 22 соединен . с первым входом устройства 24 выделения разностной частоты, третий инвертор 25, вход которого подключен к выходу устройства 24 выделения разностной частоты, к разрешающему входу Р нулевого счетчика CTO третьего программируемого аймера 26 и к пятому входу программируемого контроллера

11 прерываний а выход — к разрешающему входу Pпервого счетчика СТ1, третьего программируемого таймера

26 и к четвертому входу программируемого контроллера 11 прерываний, счетный вход С нулевого счетчика

СТО третьего программируемого таймра 26 соединен с выходом генератора

8 эталонной частоты и со счетным входом С первого счетчика СТ1 третьего. программируемого таймера 26, первый вход частотного компаратора 17 подключен к выходу первого счетного триггера 2,. а второй вход — к выходу второго счетного триггера 4, информационная шина третьего программируемого таймера 26 связана с системной шиной 12 блока 16 вычисления.

Устройство для измерения параметров вращения работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на устройство центральный процессор

13, согласно подпрограмме инициализации, дает команду, запрещающую прерывания, и осуществляет програм3960 6 мирование блоков таким образом, что счетчики CTO первого 9 и второго

10 программируемых таймеров работают в режиме деления частоты и в них записывается число 1. Первые СТ1 и вторые СТ2 счетчики первого 9 и второго 10 программируемых таймеров, а также нулевой СТО и первый СТ1 счетчики третьего программируемого таймера 26 настраиваются на режим прерывания терминального счета. Контроллер 11 прерываний программируется на работу с равным приоритетом по всем входам. Программа инициализации завершается командой, разрешающей прерывания. Импульси, сформированные первым 1 и вторим 3 импульсными тахометрами поступают через первый 2

20 и второй 4 счетные триггеры, выделяющие их периоды, на нулевые счетчики

СТО первого 9 и второго 10 программируемых таймеров. Поскольку коэффициент деления нулевых счетчиков

СТО равен 1, то частота импульсов не изменяется.

В результате этого на разрешающем входе P одного из счетчиков первого программируемого таймера 9 (например

CT1) установится уровень " l" на врс— мя, равное периоду импульса, выработанного импульсным тахометром 1.

Этот счетчик начинает регистрацию импульсов эталонной часто1ы. По окончании импульса, разрешающего работу счетчика, в нем будет зафиксировано число:

Т1

N (1)

1 То где Т вЂ” период сигнала, сформированного первым импульсным тахометром 1;

Т вЂ” период импульсов эталонной о частоты генератора 8.

Перепад напряжения из "0" в "1" на нулевом входе программируемого контроллера 11 прерываний вызовет центральный процессор 13 из режима ожидания. Следуя этому сигналу и программе его обработки, центральный

50 процессор 13 запишет число Nl зафиксированное первым счетчиком СТ1 первого программируемого таймера 9 в первую ячейку блока 14 оперативной памяти и, подготовив счетчик к новому циклу регистрации, вернется к режиму ожидания прерывания.

Одновременно с этим на разрешающем входе P одного из счетчиков

1613960 (к пример СТ1) второго программируемого таймера 10 установится уровень !

"1" на время равное периоду сигнаЭ ла, сформированного вторым импульсным тахометром 3. Первый счетчик

СТ1 второго программируемого таймера

10 регистрирует импульсы генератора

8 эталонной частоты в течение указанного времени. По окончании импульса счетчик прервет регистрацию и зафиксирует число. (2) Н о

Я Т 9 где Т - пе

15 риод импульса, сформированного вторым импульсным тахометром 3.

Перепад напряжения из "0" в " 1" на втором входе программируемого 2О контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор 13 из режима ожидания. Следуя этому сигналу и подпрограмме его обработки, цектральный процессор 13 перепишет число 25

И, зафиксированное первым счетчиком СТ1 второго программируемого таймера 10, во вторую ячейку блока

14 оперативной памяти и наложит маску программным путем на нулевой, 3п первый, второй и третий входы программируемого контроллера прерываний, блокирующего прерывания центрального процессора 13 по указанным входам.

Подготовив счетчик к новсму циклу работы, центральный процессор 13 возвращается в реха ожидания прерывания.

Частотный компаратор 17 сравнивает частоты импульсов сформированных 40 первым импульсным тахометром 1 (,) и вторым импульсным тахометром 3 (fZ). В случае, если f- i f на первом входе "Больше" частотного компаратора 17 установится уровень а на втором входе "Меньше" — уровень "0". В результате этого третья

20 и четвертая 21 логические схемы

И оказываются заблокированными. Импульсы частоты Х, сформированные первым импульсным тахометром 1, через первую логическую схему И 18 и вторую логическую схему ИЛИ 23 поступают ка второй вход устройства 24 выделения разностной частоты. Импульсы частоты f, сформировaííûå вторым импульсным тахометром 3, через вторую логическую схему И 19 и первую логическую схему ИЛИ 22 посту-. лают на первый вход устройства 24 выделения разностной частоты, которое формирует импульс частотой:

fp - =fz. fr ° (3)

Если f < Ел, то на первом выходе "Больше" частотного компаратора

17 будет установлен уровень "0", а на втором выходе Меньше" — уровень

"1". В результате этого заблокированными оказываются первая 18 и вторая 19 логические схемы И. Импульсы частоты f 1 через третью логическую схе у И 20 и первую логическую схему ИЛИ 22 поступают на первый вход устройства 24 выделения разностной частоты. Импульсы частоты f< через четвертую логическую схему И 21 и вторую логическую схему ИЛИ 23 поступают на второй вход устройства 24 выделения разностной частоты, формирующее импульс, частота которого составляет:

К = f - f<. (4)

На разрешающем входе P одного из счетчиков (например СТО) третьего программируемого таймера 26 будет установлен уровень "1" на время, равное половине периода импульса, частота которого равна разности частот, сформированных импульсными тахометрами 1 и 3. По окончании импульса в счетчике будет зафиксировано число;

Ь т — ьХ 1 (5)

2То 2То(fq f>) где Т вЂ” период импульса, сформированного устройством 24, Перепад напряжения из "0" в "1" ка четвертом входе программируемого контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор 13 из режима ожидания . Следуя этому сигналу и подпрбграмме обработки прерывания, центральный процессор 13 запишет в третью ячейку блока 14, оперативкой памяти число N)q зафиксированное счетчиком СТО третьего программируемого таймера 26, Если уровень "1" будет установлен на разрешающем входе Р первого счетчика СТ1 третьего програю ируемого таймера.26, то сигнал прерывания будет сформирован на пятом входе программируемого контроллера 11 ггрерывакий. Таким образом, число будет зафиксировано счетчиком 071 и по прерыванию обмен информапией будет

16! 3960!

Т

fI — fg

1 - 1

Т,.

I т -т

TIT2

ТЕТЯ.

Т„Tn т,— т, (6) ToN1 То 11!г

О !» Елт (7 »

/8»

100

IООт, (9)

КДТ

К(М вЂ” Й,) Откуда

I 007ý

КЕ (10) 100То

ТОН1 Nz

2NtI

200 !!р

К

N,М7 (12) 9 осуществляться между оперативным запоминающим устройством 14 и этим счетчиком. После этого центральный процессор формирует сигнал, запрещающий прерывания, и приступает к вычислению коэффициента К, показывающего в течение скольких периодов информативных сигналов необходимо производить измерения для обеспечения заданной точности.

Период импульса разностной частоты составляет: где Q.Ò вЂ”. разность периодов информативных сигналов, С учетом формул (1), (2), (5) От юда

То е 11 То >2 ТО!»1 N z

27Р 2И

Но с другой стороны погрешность регистрации разности за К периодов составляет:

Из выражений (8) и (10) можно получить:

Погрешность измерения вводится в блок вычисления (например, микроЭВМ)

16 в диалоговом режиме и хранится в ячейке блока 14 оперативной памяти, Исходя из зарегестрированных значении и введенной погрешности центральный»процессор 13 осуществляет вычисление коэффициента К по формуле (12). Результат расчета записывается в нулевые счетчики СТО первого 9 и второго 10 програмкируемых таймеров.!

О

Для второго этапа работы необходимо ввести коррекцию в программирование внешних устройств микроЭВМ, н роли которых выступают программируемые таймеры 9, 10 и 26 и программируемый контроллер 11 прерываний.

На четвертый и пятый входы контролера прерываний программным путем на1О кладывается минскa, исключающая влияние блока 5 предварительного измерени разности частот на работу устpoAoт вя:. ТреTий г1рое Ряеемируемь1й таймер ня втором этя1те Регистрации !

5 эначен.-".й не Работает, Первый -:тяп измерения зввершается командой, разрешающей прерывания.

Импульсы, сформированные первым та: "..етром 1 ерез первый триггер 2

20 поступают "» нулевой счетчик СТО первого прогряммируюшего таймера 9.

Псслегний Iipeo6p;iióeò их в соответствии с выражением.

7 =- Кт... (I3)

25 f 19

Где 7,, — период импульсов ня входе первого С71 и второго С72

:.»!åòчикОв;Есрного 1;рогрямми—

Ру =:ioão та..;11еря 9;

Е (!» Е»ОД 1- М11» ЛЬСОВ* СфОРМИРО

30 ня ньх -Е-ерны.1 тахометром 1;

К вЂ” 1»оэфф11ц11ент записанный в нулевой счетчик СТО первого IipoP.аммирующе Г а таймер я 9 ..

В Ре"-.óëb ÿòå этого ня разрешающем входе P первого СТ1 или второго СТ2 счетчикОВ (например БтОРОГО CT2) пер ного программируемого таймера 9 будет установлен уровень "1" ня время, равное полоьине периода импульса, Щ сфОрмирона1 -ПОГО нулелым счетчикОм

СТО эта же таймера или КТ!. Второй счетчик СТ2 фиксирует импульсы э алонной -:".ñòo».»1 генератора 8, пока на его Разрешающем входе P сохранит; я уровень " 1 . ПО окончании полупериода информативного импульса на ряз Решяю11Еем входе F этого счетчика будет установлен уровень 0" и счет прекратится. Таке;1.1 образом будет зафиксировано число:

1 ICT I (14)

Перепад напряжения иs "О" в "1" на первом входе прогряммируе,мого контроллера прерываний .. 11 выведет центральный процессор 13 из режима ожегдания., Следуя этому си:налу и программе его обработки, центральный гроцессор 13 пеN (15) т, Перепад напряжения из "0" в "1" .на третьем входе программируемого контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор из режима ожидания ° Следуя этому сигналу и и программе обработки, центральный процессор 13 дает команду, запрещающую прерывания, и пересылает

1 число N>, зафиксированное счетчиком СТ2 второго программируемого таймера 10, во вторую ячейку блока

14 оперативной памяти и приступает к обработке результатов по формуле (16) или (17): ! 1

N — Иг — — — 100, (16) и

N< — 1007 о у

11г (17) Выбор большего из зарегистрированных значений N< и N, а в соот1 ветствии с этим и расчетной формулы осуществляется программно. Вычисленное значение выводится на блок 15 индикатора.

В предлагаемом устройстве целесообразно использовать микроЭВИ "Электроника ИС040 1" или любую другую, построенную на базе микропроцессорного комплекта К580, КР580, имеющую достаточный объем оперативной памя11 161 решлеr зафиксированное значение И в ячейку блока 14 .оперативной памяти. Увеличив адрес ячейки памяти и подготовив к новому циклу работы счет:ик СТ2 первого программируемого таймера 9, центральный процессор 13 возвращается в режим ожидания прерывании. Одновременно с этим, импульсы, выработанные вторым тахометром

3, пройдя второй триггер 4 и нулевой счетчик СТ0 второго программируемого таймера 10, установят на разрешающем входе P одного из двух других счетчиков (например СТ2) этого же таймера уровень "1" на время, равное полупериоду импульса, сформированного нулевым счетчиком

СТ0 второго программируемого таймера

10 или КТ . По окончании полупериода импульса на разрешающем входе P будет установлен уровень "0", счет прекратится, а в . счетчике будет зафиксировано число:

3960 12 ти и включающую в себя перечисленные блоки.

Формула изобретения

1 . Устройство для измерения параметров вращения, содержащее два импульсных тахометра, два счетных триггера, 1О два программируемых таймера, генера- о тор эталонной частоты, два инвертора, программируемый контроллер прерываний и блок вычисления, выполненный в виде центрального процессора, блока оперативной памяти и блока индикации, связанных между собой системной шиной, причем выходы первого и второго импульсных тахометров соединены с входами первого и второго счетных триггеров соответственно, выход первого счетного триггера соединен со счетным входом нулевого счетчика .первого программируемого таймера выход которого соединен с разрешающим входбм первого счетчика первого таймера и с первым входом программируемого контроллера прерываний, а через первый инвертор — с разрешающим входом второго счетчика первого таймера и с вторым входом крнтроллера прерываний, выход нулевого счетчика второго программируемого таймера соединен с разрешающим входом первого счетчика второго таймера и с третьим входом программируемого контроллера прерываний, а через второй инвертор — с разрешающим входом второго счетчика второго таймера и с четвертым входом .программируемого

40 контроллера прерываний, при этом счетные входы первых и вторых счетчиков первого и второго программируемых таймеров соединены с выходом генератора эталонной часто45 ты, а первый и второй программируемые таймеры и программируемый контроллер прерываний соединены с общей шиной блока вычисления, о т л и ч а—

io щ е е с я тем что с целью рас% Э ширения динамического диапазона измерения разности частот вращения, дополнительно введены частотный компаратор, четыре схемы И, две схемы

ИЛИ, блок выделения разностной частоты, третий инвертор и третий прог55 раммируемый таймер, причем выход первого счетного триггера соединен с первым входом частотного компара14

Составитель А. Кирилюк

Редактор Т.Парфенова Техред М.Дидык Корректор А.Осауленко

Заказ 3890 Тираж 462 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 1и

l3 16 тора и первыми входами первой и второй схем И, выход второго счетного триггера соединен со счетным входом нулевого счетчика второго программируемого таймера, с вторым входом частотного компаратора и с первыми входами третьей и четвертой схем И, первый выход частотного компаратора соединен с вторыми входами первой и третьей схем И, а второй выход — с вторыми входами второй и четвертой схем И, первый и второй входы первой схемы ИЛИ соединены.с выходами второй и третьей схем И, а первый и второй входы второй схемы ИЛИ вЂ” с выходами первой и четвертой схем И, выходи первой и второй схем ИЛИ сое13960 динены с первым и вторым входами блока выделения разностной частоты, выход которого соединен с разренающим входом нулевого счетчика третьего программируемого таймера, и с пятым входом программируемого контроллера прерываний, а через третий инвертор — с разрешаюцим входом перво10 го счетчика третьего программируемого таймера и с шестым входом программируемого таймера, при этом счетные входы нулевого и первого счетчиков третьего программируемого таймера соединены с выходом генератора эталонной частоты, а третий программируемый таймер соединен с системной ц|иной блока вычисления.