Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения

 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля параметров вращения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет дополнительной обработки сигналов датчика частоты вращения и представления результатов измерения в требуемом виде, а также повышение точности и быстродействия за счет непрерывного измерения приращения частоты датчика на двух примыкающих один к другому отрезках времени. Сигнал датчика 1 частоты вращения через формирователь 2 импульсов поступает на вход блока 4, сигналы которого управляют работой двух, попеременно работающих групп счетчиков 5 и 7, 6 и 8. Счетчики 7 и 8 и микроЭВМ 10 тактируются генератором 3 образцовой частоты. По сигналам счетчиков 7 и 8 через элемент 9 осуществляется прерывание работы микро- ЭВМ 10, которое по шине 17 управления и данных осуществляет управление работой блока 4, считывание информации со счетчиков 5-8. При этом микроЭВМ обрабатывает эту информацию и представляет результаты измерения в требуемом виде. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)с 6 01 P 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731341/10 (22) 16.06.89 (46) 23.09,91. Бюл, 1Ф 35 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Н. В. Кирианаки, В. П. Дейнега и В, Б.

Лев (53) 531.768(088.8), (56) Авторское свидетельство СССР

М 571754, кл. G 01 Р 15/08, 1975.

Авторское свидетельство СССР

hh 1310731, кл. G 01 P 15/08, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОЙ

СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ (57) Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля параметров вращения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет дополнительной обра„„Я „„1679393 А1 ботки сигналов датчика частоты вращения и представления результатов измерения в требуемом виде, а также повышение точности и быстродействия за счет непрерывного измерения приращения частоты датчика на, двух примыкающих один к другому отрезках времени, Сигнал датчика 1 частоты вращения через формирователь 2 импульсов поступает на вход блока 4, сигналы которого управляют работой двух, попеременно работающих групп счетчиков 5 и 7, 6 и 8, Счетчики 7 и 8 и микроЭВМ 10 тактируются генератором 3 образцовой частоты. По сигналам счетчиков 7 и 8 через элемент 9 осуществляется прерывание работы микроЭВМ 10, которое по шине 17.управления и данных осуществляет управление работой блока 4, считывание информации со счетчиков 5-8. При этом микроЭ ВМ обрабатывает эту информацию и представляет результаты измерения в требуемом виде, 2 ил.

1679393

Изобретение огносится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля параметров вращения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, повышение точности и быстродействия, На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового измерителя; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления.

Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения содержит частотный датчик 1 частоты вращения, входной формирователь

2 импульсов, генератор 3 образцовой частоты, блок 4 управления, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 счетчики, элемент 2И

9 и микроЭВМ 10.

На структурной схеме (фиг. 1) обозначены первый вход 11, первый 12, второй 13 и третий 14 выходы блока 4 управления, выходы 15 и 16 счетчиков 7 и 8 соответственно, шина 17 управления и ввода данных микрсЭВМ и ее первый 18 и второй 19 входы.

Блок 4 управления содержит элемент

НЕ 20, резистор 21, первый 22 и второй 23 триггеры, цепи 24 и 25 второго входа блока.

Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения работает следующим образом.

После включения напряжения питания по цепи 24 и 25 блока 4 микроЭВМ 10 формирует сигналы низкого уровня, которые устанавливают триггеры 22 и 23 в единичное состояние(01=1, Q2=1), Поэтому на выходе

14 блока 4 образуется сигнал высокого уровня, который поступает на входы разрешения счета импульсов счетчиков 6 и 8, а на выходе 13 — сигнал низкого уровня, переводящий счетчики 5 и 7 в нерабочее состояние, в котором они могут быть подготовлены к работе (инициализированы) микроЭВМ 10 с помощью шины 17 управления и данных.

При инициализации счетчиков в счетчик 7 импульсов записывается число йз, определяемое погрешностью измерения дз = 1/йз, задаваемой оператором с пульта управления микроЭВМ 10, и определяющее время измерения частоты вращения fx. Затем микроЭВМ 10 формирует по цепям 24 и 25 блока 4 управления сигналы высокого уровня, вследствие чего с поступлением на вход 11 блока 4 первого фронта импульса частоты 4 триггер 22 переключается в нулевое положение (01 = О, Q> = 1). Одновременно переключается в нулевое положение и второй триггер 23 (02 = О, Qz = 1). Благодаря этому на входы разрешения первой пары счетчиков 5 и 7 поступает сигнал высокого уровня, переводящий их иэ нерабочего в расочий (счетный) режим, и с этого момента осуществляется квантование частоты т, по методу гз = NoTo, в течение которого в счетчик 5 поступают импульсы измеряемой частоты fx. После

40 окончания сигнала прерывания счетчики 5 и

7 продолжают оставаться в рабочем режиме, счет импульсов частот гх и 4 продолжается, причем счетчик 7 начинает новый цикл уменьшения записанного во время обновле45 ния числа Мз. МикроЭВМ 10 ведет обработку прерывания, в результате которой по цепи 24 блока 4 формируется сигнал низкого уровня, устанавливающий триггер 22 вновь в единичное состояние (01 = 1, Q1 = О), 50 так как по цепи 25 блока 4 сохраняется сигнал высокого уровня, то с поступлением фронта очередного импульса измеряемой частоты на вход 11 блока 4 первый триггер

22 устанавливается в нулевое положение

55 (0> =0, Q1= 1) и практически одновременно с ним устанавливается в единичное положение второйтриггер 23(Qz = 1, Qz =О). На этом заканчивается формирование первого временного интервала t>, продолжительность которого

35 зависимого счета счетчиком 5, а счет импульсов образцовой часготы 4 — счетчиком

7. Так как обеспечивается синхронизация начала измерения с моментом появления фронта первого импульса частоты 1„ то исключается первая составляющая погрешности квантования частоты, Одновременно на входах разрешения второй пары счетчиков

6 и 8 присутствует сигнал низкого. уровня, снимаемый с выхода 14 блока 4, обеспечивающий нерабочий режим работы этих счетчиков, В процессе счета импульсов, при котором содержимое счетчика 5 уменьшается с N a«, определяемого его емкостью, в результате суммирования импульсов частоты f>, а счетчика 7 уменьшается с Мз в результате суммирования импульсов частоты г0, микроЭВМ производит считывание чисел, зафиксированных в счетчиках 6 и 8 в результате окончания процесса предыдущего измерения, а затем их инициализацию. Когда в счетчик 7 поступает число импульсов образцовой частоты, равное заданному Кз, счетчик автоматически обнуляется, на выходе 15 (обнуление счетчика) формируется сигнал низкого уровня длительностью в один период образцовой частоты, который поступает на вход 19 прерывания микроЭВМ 10. Одновременно в счетчик 7 автоматически повторно записывается число Йз, которое хранится в регистре памяти счетчика, На этом заканчивается формирование заданной длительности тз первого временного интервала:

1679393

t1= СЭ+ Й1

Дй1= N3 — N3

Nx2

f 2 = î д — + йх1 х1 = о д + я

1тх2 = 60 1х2гZ; йх1 = 60 fx1 2, Afx х2 х1 х2

Л х

То(2йз й3 ) 50 и кратна целому числу периодов Тх измеряемой частоты fx. импульсы которой поступают в счетчик 5. Эта кратность обеспечивается тем, что и вторая составляющая погрешности квантования частоты fx также равна нулю, так как счет импульсов частоты fx прекращается в момент прихода фронта импульса частоты 4; после которого первая пара счетчиков 5 и 7 переключается в нерабочий режим, а вторая пара счетчиков

6 и 8 — в рабочий (счетный) режим. Att — это приращение первого t1 временного интервала, которое формируется начиная с момента появления сигнала прерывания на входе 19 микроЭВМ 10 и кончая моментом установки триггера 23 в единичное положение. Количество импульсов частоты fo, поступивших за время Л 1 на счетный вход счетчика?, f где Йз — остаток числа йз, записанного повторно в счетчик 7 в момент прерывания, зафиксированный в момент переключения триггера 23 и прекращения счета импульсов первой парой счетчиков.

С момента переключения триггера 23 начинается счет второй парой счетчиков 6 и

8 соответственно импульсов частот fx u fo u формирование счетчиком 8 второго временного интервала tz, примыкающего к первому t1, Одновременно осуществляется считывание по шине 17 результатов счета Nx и AN1, зафиксированных в первой паре счетчиков 5 и 7, и вычисление средних значений частоты вращения f«(1/c) и угловой скорости йх1(об/мин) на первом интервале времени t1 по формулам где Z — количество зубьев на роторе датчика частоты вращения (число импульсов за один оборот ротора).

Полученные результаты вычисления индицируются в указанных единицах измерения с помощью блока индикации микроЭВМ 10, а также запоминаются в памяти для вычисления значения ускорения.

Абсолютная погрешность измерения не превышает Т0, а относительная To/(1з+ At 1)=

= 1/(йз+ Ьй1), и ее значение не превышает заданной 1/йз.

После поступления в счетчик 8 заданного числа импульсов частоты fo на выходе 16 счетчика формируется сигнал прерывания длительностью в один период To = 1/fo, в

5 счетчик повторно автоматически записывается иэ его регистра памяти число йз и счет импульсов автоматически продолжается.

При этом микроЭВМ 10 производит обработку сигнала прерывания, в рмультате ко.10 торой по цепи 24 блока 4 вновь формируется сигнал низкого уровня, устанавливающий триггер 22 в единичное состояние, а по цепи

25 сохраняется сигнал высокого уровня. Поэтому очередной фронт импульса измеряе15 мой частоты устанавливается в исходное положение как триггер 22 (01 =0, 01= 1) так и триггер 23 (Qz = О, Qz = 1), который прежде находится в единичном положении (Qz = 1, Qz = О). В рабочий режим счета переключа20 ется первая группа счетчиков 5 и 7, которые к этому времени уже подготовлены к работе, а в нерабочий — вторая группа счетчиков 6 и

8. Поэтому отсутствует погрешность квантования частоты fx, а длительность второго tz

25 временного интервала и цикла 1ц равны

t2 = t3+ т2:

tu=11+12=213+ At1+Atz.

На этом заканчивается и первый цикл измерения, необходимый для измерения углового ускорения, после чего в рабочий режим автоматически переводятся счетчики 5

35 и 7, а в нерабочий счетчики 6 и 8. При этом

ПРОИЗВОДИТСЯ СЧИтЫВаНИЕ РЕЗУЛЬтатОВ йх2 И

Ж2 и их инициализация, при которой в счетчик 8 автоматически записывается число йз, вычисления результатов измерения fxz

40 (1/с), nxz (об/мин) и е (1/с ) по формулам:

r/ где йз — остаток числа йз, зафиксированный в счетчике 8 в момент переключения триггера 23, При индикации результата измерения блоком индикации микроЭВМ 10 в случае работы цифрового измерителя в режиме измерения ускорения указывается также знак ускорения. Относительная погрешность д

1679393 измерения частоты вращения fq не превышает заданной дэ = 1/йз с пульта управления микроЭВМ 10 и может изменяться в широких пределах оператором или программным путем. Погрешность д обусловлена отсутствием синхронизации работы счетчика образцовой частоты 4 (ее значение определяется длительностью периода

7> = 1/fo) и нестабильностью частоты генератора 3.

При необходимости представления результатов измерения в других единицах, например 1/мин, рад/с, рад/мин, рад/с и . других, указанных оператором в начале измерения путем задания их с пульта управления, при вычислениях микроЭВМ 10 производит дополнительное масштабирование цифровой информации.

В дальнейшем описанный процесс преобразования и цифровой обработки измерительной информации повторяется.

Непрерывно и попеременно во времени работают обе пары счетчиков импульсов, из которых один счетчик (5 или 6) считает импульсы измеряемой частоты, а другой (7 или

8) — импульсы образцовой частоты, одновременно. производится считывание результатов счета Nx1 и Nx2 и инициализация тех счетчиков, которые находятся в нерабочем режиме работы, вычисления результатов измерения по формулам

Йх!

fxl д +-у fo йх! = 60Тх1/Z;

8х! (и их индикация в заданных с пульта оператором единицах измерения. При необходимости с пульта управления во время измерения могут изменяться в широких

5 пределах число зубьев Z, погрешность измерения дз, режимы измерения, единицы представления результатов и другие, что значительно расширяет функциональные возможности цифрового измерителя и по10 зволяет изменять его технические характеристики при эксплуатации.

Формула изобретения

Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения, содержащий генератор образ15 цовой частоты, блок управления, датчик частоты вращения, соединенный через формирователь импульсов с первым входом блока управления, первый и второй счетчики, соединенные первыми входами с пер20 вым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго счетчиков, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных

25 воэможностей, повышения точности и быстродействия, в него введены третий и четвертый счетчики, первые входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, а вторые — соответственно с

30 вторым и третьим выходом блока управления, элемент 2И, входами соединенный с выходами соответственно третьего и четвертого счетчиков, микроЭВМ, связанная шиной управления и ввода данных с вторым

35 входом блока управления и третьими входами всех четырех счетчиков, при этом первый вход микроЭВМ соединен с выходом генеpampa образцовой частоты, а второй — с выходом элемента 2И.

1679393

t 17

Фьяг

Составитель А.Альшаев

Редактор Н.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 3210 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101