Цифровой измеритель относительной разности скоростей

 

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик о»717657

К АВТОРСКОМУ СВИДЕИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено, 0911.77 (21) 2542276/18-10 (51)М. Кл.

G 01 P 3/56 сприсоединеииеызаявки№вЂ”

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 250280. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 250280 (53) УДК 531.7:621, .317.39(088.8) P.Ñ.Êóðåíäàø, Э.И.Узумов, P.Â.Êîãóò, В.А.Мокрицкий, А.Л.Пархоменко и Б.С.Шамбель (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАЗНОСТИ

СКОРОСТЕЙ

2 измерения представляет собой усредненную величину относительной разности скоростей за большое время измерения.

Также известен измеритель разности частоты датчика скорости и частоты сети, который содержит датчик скорости и формирователь сети, соединенные со схемой управления, два интегратора, инвертор, двухпозиционный и трехпозиционный ключи, причем вход и,выход инвертора соединены с соот. ветствующими двумя входами двух и трехпозиционных ключей, выходы кото15 рых подключены на входы первого и второго, интегратора соответственно, вы- . ход второго интегратора соединен с третьим -входом трехпозиционного ключа,. а выход первого интегратора соединен

20 с третьим входом схемы управления, выходы которой соединены с управляющими входами ключей (3).

Йедостатками этого устройства являются малое быстродействие и узкий

25 динамический диапазон.

Целью изобретения является увеличение быстродействйя и расширение динамического диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, 39 что.предлагаемый измеритель допол/

Изобретение относится к области измерений параметров движения, в частности к измерителям относительной разности линейных и угловых скоростей вращающихся тел.

Известны измерители относительной разности скоростей, предназначенные для измерения соотношения скоростей вращающихся валов и т.п. (1).

Известен измеритель соотношения линейных скоростей вращающихся валов содержащий два датчика скорости и измерительный блок, .выполненный в виде электрически связанных друГ с другом формирователей импульсов, логических схем И, ИЛИ, счетчиков и триггеров, устройство управления,ключи передачи информации, регистр памяти, дешиФратор, цифровой индикатор, который позволяет определять разности числа импульсов, поступив« ших от импульсных датчиков, установленных на валах, на входы счетчиков до момента переполнения одного из них, принятого эа опорный (21, Недостатком указанного измерителя является его малое быстродействие и, как следствие, невоэможнрсть оценки быстрых изменений относительной разности скоростей, поскольку результат

Львовский ордена Ленина политехнический институт

717657 бдительно содержит генератор эталонной частоты, две логические схемы И, реверсйвный счетчйк", трйггер зйака; дешифратор, цифровой индикатор и два дополнительных ключа, причем счетный

" "- "вмод реверсивного счетчика сбединен с выходом первой логической схемы И, одйй из входов которой подключен к генератору эталонной частоты, а второй — объединен с Вторым выходом бло ка управленйя, установочнйми входами, реверсивного счетчика и первым входом триггера знака, второй вход которого через вторую"логическ1Ж схему

И связай с четными выходами реверсивного счетчика, а выходы его соединены с соответствующими управляющими входами "реверсивного счет чика и" знаковым разрядом цифрового-индйкатора, (" десяФЙчные разряды которогб Фереэ дешифратор подключены к выходам реверсивного счетчика, управляющие 20 входы дополнительных ключей подключены к третьему выходу блока управления, а их сигнальные выводы соединены с выводами конденсаторов соответствующих интеграторов. 25

На чертеже представлена схема предложенного цифрового измерителя относительной разности скоростей, содержащего импульсные датчики 1 и 2, выходы которых соединены с инфор- .щ0 мационными входами схем 3 и 4 выделения периода, подключенных своими управляющими входами к нижнему выходу блока управления 5. Выходы схем выделения периода 3 и 4 соединены соот- З5 ветственно со средним и нижним вхо.дами блока управления 5, а также с управляющими входами ключей 6 и 7, которые соединяют источник 8 опорного напряжения с входами аналоговйх интеграторов 9 и 10.Интегратор 9 состоит из усилителя 11 постоянного тока, входного резистора 12, конденсатора 13 и разрядного ключа 14..

Интегратор 10 — из усилителя 15 постояннoro тока, входного резистора 4$

16, конденсатора 17 и разрядного ключа 18. управляющие входы обоих. разрядных ключей 14 и 18 аналоговых интеграторов 9 и 10 соединены со средним выходом блока 5 -управления, Я Вход первого аналогового ййтегратора

9" подключен к нийду второго аналогового интегратора 10 с йомощью ключа 19, управляющий вход которого соединен с верхним выходом блока 5 управления, куда также подсоединен нижний вход логической схемы И 20, второй †. верхний вход этой схемы соединей с генератором 21 эталонной частоты. Выход же первого аналогового интегратора 9 связан с входом 60 нуль-органа 22, который своим выходом соединен с верхним входом блока

5 управления.

Цифровое отсчетное устройство 23

-состоит из реверсивного счетчика 24 65 счетный вход которого связан с выходом логической схемы И 20, а управляющйе входы направления счета соединены с соответствующими выходами триггера 25 знака, нижний вход которого связан с установочными входами реверсивного счетчика 24 и верхним выходом блока 5 управления.

Верхний вход триггера 25 знака подключен к выходу схемы И 26, входы которой соединены с четными выходами реверсивного счетчика 24, поразрядно связанного с дешифратором 27, управляющим десятичными разрядами цифрового индикатора 28. Входы же знакового разряда цифрового индикатора 28 соединены с соответствующими выходами триггера 25 знака. Работа измерителя относительной разности скоростей основана на реализации следующих соотнощений.

Величина относительной разности скоростей Я-, Ъ: — в 400 r ьч ч -vq ч„- ч„ (1) где V и Ч вЂ” линейные скорости соответственно первого и второго валов. В качестве датчиков скоростей используются преобразователи угловых скоростей в частоту импульсов. Между частотами импульсов f< и f первого и второго датчиков и линейными скоростями Ч„ и V валов существуют зависимостй:

f< = К Y<, (2) (3) где К и К вЂ” коэффйциенты пропор4 2 циональности.

Исходя из вышеприведенных зависимостей (1), (2) и (3) получим: М >a, A

2. 4 2 2 где Т = и T = — — периоды следо1 1

-л вания импульсов от датчиков 1 и 2.

"Процесс измерения происходит в два этапа, На первом этапе в определенных маса табах измеряются величины периодов Т и Т, а на втором — осуществляется измерение их отношения и"автоматическое-вычитание единицы из полученного результата.

Цикл измерений начинается с размыканий разрядных ключей 14 и 18 аналоговых интеграторов 9 и 10 по команде блока 5 управления, характеризуемой появлением нулевого потенциала на его среднем выходе. Одновременно с появлением 0 на среднем выходе блока 5 управления на

его нижнем выходе появляется импульс 1, передним своим фронтом разрешающйй работу схем 3 и 4 выделения периода. На верхнем выходе блока управления в этот момент действует потенциал 0, удерживающий по управ717657

/ ляющему входу ключ 19 в разомкнутом состоянии. Каждая из схем 3 и 4 выделения.периода устроена так, что после прихода на ее управляющий вход разрешающего импульса, первый же импульс, поступивший на информационный 5 вход, устанавливает на ее выходе потенциал 1, а второй — восстанавливает исходное нулевое состояние, после чего повторное срабатывание становится возможным только с прихо- 1О дом на управляющий вход следующего разрешающего импульса. Таким образом за 1 цикл измерений с выхода схемы 3 выделения периода на управляющий вход ключа 6 подается один импульс 1 длительностью, равной периоду следования импульсов от датчика 1.

Аналогично со схемы 4 выделения периода íà управляющий вход ключа 7 подается один импульс 1 длительностью, равной периоду следования им- 20 пульсов от датчика 2. Во время действия этих управляющих импульсов ключи

6 и 7 открываются и происходит процесс интегрирования опорного напряже" ния источника 8 аналоговыми интеграто-25 рами 9 и 10. С исчезновением выходных импульсов схем 3 и 4 выделения периода ключи 6 и 7 размыкаются и на выходах аналоговых интеграторов 9 и 1 0 к концу первого этапа устанавливаются по- 30 стоянные напряжения, равные 1 . 0 т„

Ф2. 6 3 .. 4 где U .и U — соответственно напря- . жения на выходах пер2 вого и второго интег- 40 раторов 9 и 10;

R и В„Ь вЂ” величины резисторов

12 и 16;

С / и С 7 Величины BMKocTQA конденсаторов 13 и 45

l7l и t — моменты, соответствующие началу процесса интегрирования в первом и втором ин- 5О теграторах 9 и 10 на

1-м этапе измерений; — опорное напряжение о источника 8;

С и =Я С вЂ” постоянные времени а э 2 ЬЛ первого и второго интеграторов 9 и 10 по их первым входам.

Второй этап измерений начинается в момент установления нулевых потенциалов на выходах обоих схем 3 и 4 6О выделения периода, воспринимаемйх блоком 5 управления по среднему и нижнему входах, в результате чего состояние его верхнего выхода изменяется на противоположное — с 0 б» (10) ° на 1 . Перепад напряжения с 0 в 3, на первом выходе блока 5 управления устанавливает триггер 25 знака в состояние минус, а в реверсивном счетчике 24 по установочным входам записывается код, соответствующий значению единицы на цифровом индикаторе 28. Состояние ™минус триггера 25 знака вызывает свечение на цифровом индикаторе 28 знака - и установление по управляющим входам реверсивного счетчика

24 направления счета вычитание .

Одновременно с этим схема И 20 по нижнему входу получает разрешающий потенциал 1, и результате чего импульсы стабильной длительности с генератора 21 начнут проходить через укаэанную схему И 20 на счетный вход реверсивного счетчика 24.

Под воздействием единичного потенциала на верхнем выходе блока 5 управления ключ 19 открывается и интегратор 9 начинает интегрировать выходное напряжение интегратора 10.

Выходное напряжение интегратора 9 на втором этапе измерений определяется соотношением:

t1t ((4 Э++ ц Л Ъ 02 Р С 2 4 Х" 2

u =-,) " u ck+u =- — Ju dt+u„P)

12 1Ъ 1 где t — момент начала 2-ro этапа измерений; — длительность 2-ro этапа измерений.

Подставляя в (7) значения из (5) и (6), получим: оав а

Q f t Q T

04 .с с С (8).

Второй этап измерений заканчивается, когда напряжение на выходе интегратора 9 достигает нуля. В этот момент срабатывает нуль-орган 22 и импульс с его выхода, своим передним фронтом воздействия на верхний вход блока 5 управления, изменяет состояния на верхнем выходе с 1 на 0, в результате чего ключ 19 размыкается, а схема И 20 запирается .и импульсы с генератора 21 перестают проходить на счетный вход реверсивного счетчика 24. Процесс измерения заканчивается. Одновременно с этим со среднего выхода блока 5 уп равления подается команда на замыкание разрядных ключей 14 и 18. После временной выдержки необходимой для снятия отсчета с цифрового индикатора 28 блок 5 управления дает команду на начало следующего цикла измерений. Длительность второго этапа измерений определяется из уравнения (8) при Uz = 0:

- )ткуда 1 2 т„

= Г

2Т

7

Число -йьатульсов, прошедших -на счет ный вход реверсивного счетчика 24: о Мр о 7 Т где f — частота генератора 21 стао бильной частоты.

Выбрав произведение о®2 равным отношению - коэффициентЬв пропорциональности датчиков 1 и 2 иэ выражений (11) и (4), получим к„т„ ьч

Н = —," —" = — +(, (,2) 2 т

Откуда измеряемая величина равна:

4Ч вЂ” =й-4

Ч„, . (13)

Йоскольку в реверсивный счетчик

28,вйачале второго этапа . измерения записан код,, соответствующий едиййце в десятичйой системе счисления, а по управляющим входам подается ко,манда, задающая режим вычитания, то импульсы, приходящие на его счетный вход, уменьшают. значение предвари тельйо записанного числа. С приходом числа импульсов, соответствующего значению единицы, в счетчике 24 окажется результат, равный нулю;-при котором все четные выходы, соединен ные со схемой И 26,. принимают состояние 1 На выходе схемы И 26 по явится импульс 1, опрокидывающий своим передним фронтом триггер 25 знака в состояние плюс, в результате чего на цифровом индикаторе загорится соответствующий знак +, а реверсивный счетчик 24 перейдет в режим суммирования, Таким образом, после прихода последнего счетного импульса цйфровое отсчетное устройство 23 зафиксирует результат измерения со знаком . -, если число пришедшйх счетных имйульсов меньше записаиногб ранее числа в счетчике 24, и со знаком +, если число пришедших импульсов равно или 6огТьше -:-числа, предварительно записанного в счетчике 24. Результат -измерения"на цифровом индикаторе 28 соответству="ет значению относительной разности скоростей в относительны единицах.

При желании результат отсчета можно-получить в процентах, сместив запятую на цифровом индикаторе 28 на два разряда вправо.

Устаиовка требуемого отношения

К /К коэффицйентов Йрбйорйибйальностй датчиков 1 и 2 осуществляется с помощью переменного резистора 16 в интеграторе 10.

657 ð которого через нуль-орган подключен к выходу первого интегратора, и с выходами первой и второй схем выделейия периода, первые входы которых соединены с вйходами соответствующих импульсных датчиков, а вторые входы объединены с первым выходом блока управления, второй выход кбторого подключен к управляющему входу третьего ключа, через который выход второго интегратора соединен со вхо20 дом первого интегратора, о т л и— ч а ю щ и и с-я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения динамического диапазона, он дополнительно содержит генератор эталонной

Я частоты, две логические схемы И, реверсйвный счетчик, триггер знака, дешифратор, цифровой индикатор и два дополнительнйх ключа, причем счетный вход реверсивного счетчика соединен

30 с выходбм первой логической схемы И, один из входов которой подключен к генератору эталонной частоты, а второй объединен со вторым выходом блока" управления, установочйыми входами реверсивного счетчика и первым входом триггера знака, второй вход которого через вторую логическую схему И связан с четными выходами реверсивного счетчика, а выходы его соединены с соответствующими

40 управляющими входами реверсивного счетчика и знаковым разрядом цифрового индикатора, десятичные разряды которого через дешифратор подключе. ны к выходам реверсивного счетчика, 45 управляющие входы дополнительных ключей подключены к третьему выходу блока управлейня, а их сигнальные

-саторов соответствующих интеграто50 ров °

Формула изобретения

Цифровой измеритель относительной "" разйости -скоростей, содержащий два импульсных датчика, две схемы выделения периода, два аналоговых интегратора, три ключа, источник опорного напряжения, блок управления и нульорган, .при этом входы интеграторов 1 подключены; к источнику опорного напряжения через первый и второй ключи, управляющие входы которых объединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, третий вход выводы соединены с выводами конденI

Источники информации; йрйнятые во внимание при экспертизе

1. Богород Г ° 3. и Киблицкий В.A..

Цифровые регуляторы и измерители скорости. Энергия, 1966, с.61-85, 2. Журнал Приборй и системы управления, Р 10, 1970, с.42-43.

3.. Авторское"свидетельство СССР по заявке 9 2479769/18-10, кл. G 01 Р 3/56, 1977 (прототип) .

;ФУ

717657

Составйтель М..Хаустов

Редактор Л.Бибер Техред N.Kåëåìåø Корректор В.Синицкая

Заказ 9832/61 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государстэенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент ., r. Ужгород, ул. Проектная, 4