СИГНАЛИЗАТОР ДОСТИЖЕНИЯ ЗАДАННОЙ СКОРОСТИ Российский патент 2001 года по МПК G01P1/10 G08B1/08 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля и фиксации моментов достижения двигательными установками, испытательными средствами и транспортными единицами заданных скоростей - как в процессе их заводской регулировки и испытаний, так и в процессе эксплуатации.

Средства контроля момента достижения заданной скорости вращения известны и применены, в частности, в автоматическом измерительном устройстве для исследования энергии ударного разрушения образцов с помощью роторного копра по а. с. СССР N 750330, МКИ G 01 N 3/34, G 01 N 3/06. В этом устройстве ось диска ротора коперной установки жестко связана с ротором индукционного тахогенератора, одна из обмоток которого связана через диодный мост с блоком фиксации заданных оборотов и подключенным к нему частотным реле, совместно образующими узел фиксации исходной скорости копра.

Недостатком упомянутого узла фиксации является его неспособность к оперативному и плавному вариированию ширины зоны чувствительности по частоте, что ограничивает разрешающую способность известного аналога.

К известным техническим средствам рассматриваемого назначения относятся фотоэлектронная схема реле скорости, включающегося по достижении двигателем заданной скорости (см. статью Porter J.H., "Electronics", ноябрь 1952, с. 174), а также электронная схема для обеспечения срабатывания реле при достижении заданной скорости вращения (см. Kretsch H. W. and Walker F.J., "Electronics", июль 1951, с. 112).

Первое из упомянутых устройств содержит фотоэлемент, связанный через сдвоенный Т-образный RC-фильтр с управляющей сеткой тиратрона, в анодную цепь которого включена обмотка электромеханического реле, а второе из упомянутых устройств содержит тахогенератор переменного тока, связанный через трансформатор как с анодной цепью тиратрона, содержащей обмотку реле, так и со входной диагональю RC-моста Вина, выходная диагональ которого включена между управляющей сеткой тиратрона и цепью его отрицательного смещения.

Общим недостатком обоих этих устройств является относительная нестабильность и размытость частотной зоны их срабатывания, а также невозможность регулировки их селектирующего эффекта. В этой связи следует указать на известные RC-регенеративные избирательные системы (в частности, Ф.Н.Барсуков. Генераторы и селективные усилители низкой частоты. М.-Л.: Энергия, 1964, с. 43, 44, 47, 66-68), у которых введение опорного избирательного RC-четырехполюсника в цепь обратной связи обеспечило возможность значительного повышения селектирующего эффекта системы по сравнению с упомянутыми выше устройствами с избирательными RC-цепями и тиратронами.

Однако применению известных RC-регенеративных избирательных схем в устройствах для сигнализации о достижении заданных чисел оборотов препятствуют существенные недостатки упомянутых схем, состоящие в неустойчивости режима их работы, связанной со склонностью к самовозбуждению, которая возрастает по мере увеличения избирательности (по мере углубления положительной обратной связи).

Исходя из максимальной совокупности сходных структурных признаков, содержащихся как у известного, так и у заявляемого устройства, в качестве прототипа последнего следует указать на электронную схему для обеспечения срабатывания реле при достижении заданной скорости вращения (Kretsch H.W. and Walker F.J., "Electronics", июль 1951, с. 112), которая, как и предлагаемое устройство, содержит тахогенератор переменного тока, опорный частотоизбирательный RC-четырехполюсник и электронно-управляемый релейный каскад.

Поскольку указанному устройству-прототипу свойственны такие недостатки как нестабильность и размытость частотной зоны его срабатывания при отсутствии возможности регулировки селектирующего эффекта этого устройства, то в рассматриваемой связи задача, поставленная при создании заявляемого технического решения, состояла в устранении разработанным устройством всех отмеченных недостатков и ограничений, присущих известным техническим средствам соответствующего назначения, в отличие от которых предлагаемое устройство обладает преимуществами повышенной стабильности работы, возможностью широкой плавной регулировки селективного эффекта без какого-либо ущерба для резонансной чувствительности системы, возрастанием устойчивости работы устройства по мере повышения его избирательности с принципиальным исключением тенденций к самовозбуждению.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройство, содержащее тахогенератор переменного тока, опорный частотоизбирательный RC-четырехполюсник и электронно-управляемый релейный каскад, - в указанное устройство дополнительно введены две транзисторно-резистивных ступени усиления, два диодных выпрямительных моста, а электронно-управляемый релейный каскад выполнен по инверсно-повторительной транзисторной схеме, в качестве оконечной нагрузки которой применено двухобмоточное поляризованное реле.

Опорный частотоизбирательный RC-четырехполюсник выполнен в виде пары последовательно включенных делителей типа CR и RC, резистивные элементы которых представляют собой спаренный потенциометр, причем указанный опорный RC-четырехполюсник включен между первой (входной) и второй транзисторно-резистивными ступенями усиления, выход второй из которых соединен со входом управляемого релейного инверсно-повторительного транзисторного каскада, эмиттерная нагрузка которого потенциометрически связана с одним из концов переменной входной диагонали первого диодного выпрямительного моста, выходная выпрямляющая диагональ которого содержит чисто резистивную нагрузку с заземленной средней точкой.

Другой из концов переменной входной диагонали первого диодного выпрямительного моста параллельно соединен с базой первой (входной) транзисторно-резистивной ступени усиления через емкость, а также с выходной обмоткой тахогенератора переменного тока через балластно-ограничительный резистор, противофазные выходы инверсно-повторительного транзисторного каскада емкостно связаны со входной переменной диагональю второго диодного выпрямительного моста, выходная выпрямляющая диагональ которого блокирована емкостью и нагружена первой из пары обмоток поляризованного реле, вторая обмотка которого через вариируемую резистивную цепь подключена к источнику коллекторного питания устройства.

Принципиальная схема заявляемого устройства представлена на чертеже, из которого видно, что выход тахогенератора 1 переменного тока через балластно-ограничительный резистор 2 параллельно связан как с базой первой (входной) транзисторно-резистивной ступени на триоде 3 и элементах 4,5 через емкость 6, так и с точкой 7 входной переменной диагонали 7-8 первого выпрямительного моста 9, выполненного на диодах 10, 11, 12, 13 и симметрично нагруженного относительно "земли" идентичными резистивными элементами 14 и 15.

Между коллекторным выходом первой усилительной ступени на триоде 3 и базовой цепью второй усилительной ступени на триоде 16 и элементах 17,18 включен опорный частотоизбирательный RC-четырехполюсник, составленный элементами 19, 20, 21, 22, резисторы 20 и 21 которого представляют собой синхронно регулируемые переменные сопротивления. Выход опорного частотоизбирательного RC- четырехполюсника связан с базой триода 16 емкостью 23, а коллекторный выход триода 16 соединен емкостью 24 с базовой цепью релейного инверсно-повторительного каскада, выполненного на триоде 25 с расщепленной резистивной нагрузкой 26, 27, которая через емкости 28 и 29 связана с входной переменной диагональю второго выпрямительного моста 30, составленного диодами 31, 32, 33, 34.

Выходная выпрямляющая диагональ второго диодного выпрямительного моста 30 заблокирована емкостью 35 и нагружена первичной обмоткой 1 поляризованного реле 36, вторичная обмотка П которого подключена через постоянный 37 и переменный 38 резисторы к цепи коллекторного питания устройства. Эмиттерная нагрузка 27 триода 25 через емкость 39 и резистивные элементы 40, 41 потенциометрически связана с точкой 8 входной переменной диагонали 7-8 первого диодного выпрямительного моста на элементах 10, 11, 12, 13, нагруженных резисторами 14, 15.

Контактная группа 42 двухобмоточного поляризованного реле 36 предназначена для включения в оконечную цепь сигнализации и управления контрольно-испытательной системы, следящей за работой исследуемой двигательной установки или транспортного объекта.

Описываемое устройство функционирует следующим образом.

Перед подачей входного сигнала от тахогенератора 1 переменного тока, частота выходного напряжения которого пропорциональна скорости вращения контролируемого объекта (двигателя транспортного средства, приводного устройства и т. п. ) спаренными переменными резисторами 20, 21 избирательного четырехполюсника 19, 20, 21, 22 задают значение фиксированной частоты, по достижении которой устройство должно обеспечить срабатывание поляризованного реле 36.

При частотах выходного сигнала тахогенератора 1, лежащих по обе стороны от настройки опорного частотоизбирательного RC-четырехполюсника 19-22, выходной сигнал тахогенератора, поступающий через балластно-ограничительный резистор 2 и емкость 6 на базу транзистора 3, будет шунтироваться первым диодным выпрямительным мостом 9, поскольку выходной сигнал четырехполюсника 19, 20, 21, 22 будет сдвинут по фазе и значительно уменьшен по амплитуде по сравнению с сигналом на входе указанного четырехполюсника, а после усиления выходного сигнала опорного четырехполюсника транзисторами 16 и 25 сигнал обратного управления, поступающий с потенциометра 41 в точку 8 первого выпрямительного моста 9, не сможет создавать на низкоомных резисторах 14 и 15 достаточного напряжения чтобы запереть диоды 10 и 12 для входного сигнала, поступающего с выхода тахогенератора через балластно-ограничительный резистор 2 на вход первой усилительной ступени на транзисторе 3.

В результате этого при подаче от тахогенератора 1 сигналов, лежащих в стороне от настройки RC-четырехполюсника 19,20,21,22, эти сигналы будут уже предварительно подавляться делителем напряжения, составленным высокоомным балластно-ограничительным резистором 2 и низкоомным входным сопротивлением в точке 7 первого выпрямительного диодного моста 9. При этом для поступающих с выхода тахогенератора сигналов, не совпадающих с частотой настройки четырехполюсника 19, 20, 21, 22, делительная цепь 2,9 будет осуществлять предварительное селективное ослабление уровня, сопровождаемое последующим подавлением нерезонансных сигналов, четырехполюсником 19-22. В указанном режиме работы устройства положение контактной группы 42 поляризованного реле 36 будет определяться током через его обмотку П, поскольку выпрямленный вторым выпрямительным мостом 30 ток через обмотку 1 реле 36 будет недостаточным для преодоления действия тока, поступающего через резисторы 37 и 38 на обмотку П поляризованного реле 36; контактная группа 42 при этом не включает оконечной цепи сигнализации и управления контрольно-испытательной системы, которая следит за работой исследуемой двигательной установки или транспортного объекта.

Мост 9 представляет собой для поступающих от тахогенератора 1 сигналов частотозависимый шунт, сопротивление которого на частоте квазирезонанса цепи 19, 20, 21, 22 равно бесконечности, резко снижаясь при уходе подаваемой на вход устройства частоты в ту или иную сторону от резонансного значения. Мост 9 выполняет функции двухполупериодного симметричного детектора, на котором сопоставляются входные сигналы и усиленные сигналы на выходе опорного RC-четырехполюсника 19-22. Нетрудно увидеть, что в устройстве имеется только одна частота, для которой поступающие на переменную входную диагональ 7, 8 моста 9 напряжения - от тахогенератора 1 через балластно-ограничительный резистор 2 и с подвижного контакта потенциометра 41 - точно совпадают по фазе.

Для указанной частоты, соответствующей частоте настройки четырехполюсника 19-22, первый выпрямительный мост 9 не представляет нагрузки и схема обеспечивает наибольший коэффициент передачи, который резко падает по мере ухода поступающей на вход устройства частоты от частоты настройки RC-четырехполюсника вследствие резко возрастающего с расстройкой частоты шунтирующего действия диодного моста 9, что обусловлено увеличивающимся рассогласованием сопоставляемых на мостовом детекторе 9 сигналов.

Детекторным мостом 9 обеспечивается раздельное сопоставление соответственно положительных и отрицательных полупериодов входного (в точке 7) и выходного (в точке 8) сигналов устройства.

Положительные полупериоды сигнала, снимаемого с подвижного контакта потенциометра 41, воздействуя через диод 11 моста 9, создают на верхней резистивной нагрузке 14 падение напряжения, подзапирающее диод 10 для воздействующих на него в точке 7 положительных полупериодов поступающего в базовую цепь триода 3 сигнала.

Аналогичным образом на нижней резистивной нагрузке 15 моста 9 выделяются поступающие через диод 13 отрицательные полупериоды выходного сигнала устройства - с части потенциометра 41. Сигналы, воздействующие через диод 13 и диод 12 на резистор 15 являются встречными, обеспечивая отсекающее действие для отрицательных полупериодов входного сигнала, воздействующего из точки 7 на диод 12.

Начиная с определенного минимального уровня, задаваемого положением движка потенциометра 41, положительные и отрицательные полупериоды выходного сигнала резонансной частоты, воздействующего на точку 8 моста 9, создают на верхней и нижней симметричных относительно "земли" резистивных нагрузках 14, 15 моста 9 соответственно положительные и отрицательные полупериодные сигналы, равные по уровню и синфазные воздействующим на точку 7 моста 9 полупериодам входного сигнала частоты резонанса устройства.

При этом, как было отмечено выше, поступающий через балластно-ограничительный резистор 2 и емкость 6 на базу входного транзистора 3 сигнал резонансной частоты устройства не будет шунтироваться мостом 9, диоды 10 и 12 которого заперты выходным сигналом устройства, поступающим с движка потенциометра 41 в точку 8 моста 9.

Если для частоты настройки системы, задаваемой положением спаренных переменных резисторов 20, 21, мост 9 представляет бесконечное сопротивление и коэффициент передачи входного делителя, образованного резистором 2 и эквивалентным входным сопротивлением моста 9 в точке 7, равен для частоты настройки системы единице, то для частот, отличных от резонансной, коэффициент передачи по напряжению входного делителя 2-9 в соответствии с появляющимися при расстройке частоты рассогласованием фаз сопоставляемых на мосте 9 сигналов - входного (точка 7) и выходного (точка 8) - резко уменьшается вследствие быстро возрастающего с расстройкой шунтирующего действия на входные сигналы устройства диодного моста 9.

Таким образом по достижении контролируемым объектом (двигательной установкой, транспортным средством) заданной скорости или числа оборотов, которые предопределяются положением спаренных переменных резисторов 20, 21, устройство обеспечивает максимальный коэффициент передачи по напряжению, при котором противофазные переменные сигналы с нагрузок 26 и 27 инверсно-повторительного каскада на транзисторе 25 через емкости 28 и 29 воздействуют на входную переменную диагональ второго выпрямительного моста 30 на диодах 31, 32, 33, 34, нагруженных обмоткой 1 поляризованного реле 36 и блокированных емкостью 35. В рассматриваемом случае ток, выпрямленный мостом 30, оказывается достаточным для преодоления действия тока, протекающего через обмотку П реле 36; последнее срабатывает и контактной группой 42 производит включение элементов сигнализации и управления в контрольно-испытательной системе, следящей за работой исследуемой двигательной установки или транспортного объекта.

Переменным резистором 38 может плавно регулироваться порог срабатывания поляризованного реле для токов, воздействующих на обмотку 1 реле 36 с выхода моста 30, что обеспечивает автономную регулировку индикаторной чувствительности выходного релейного узла устройства.

К важным преимуществам описываемого устройства, отличающим его от известных средств соответствующего назначения, следует отнести то обстоятельство, что свою способность сохранять неизменную стабильную чувствительность для сигнала задаваемой переменными резисторами 20, 21 частоты заявляемое устройство сочетает с возможностями широкой регулировки глубины затухания, вносимого устройством для всех сигналов, частоты которых отличаются от настройки RC-четырехполюсника 19-22, т.е. описываемым устройством обеспечивается возможность оперативной регулировки ширины зоны частотной чувствительности без какого-либо ущерба и влияния на чувствительность системы для сигнала задаваемой частоты, на которой обеспечивается срабатывание устройства.

Степень рассогласования сопоставляемых на мостовом детекторе 9 входных и выходных сигналов по уровню может плавно изменяться подвижным контактом потенциометра 41. При изменениях положения движка потенциометра 41 выше определенного положения, при котором уровень выходного сигнала резонансной частоты между точкой 8 и "землей" равен уровню входного сигнала этой частоты - между точкой 7 моста 9 и "землей", коэффициент передачи устройства, оставаясь постоянным для квазирезонансной частоты системы, изменяется в широких пределах для всех других частот.

Наряду с острым селектирующим эффектом к отличительным особенностям и преимуществам описываемого устройства следует отнести и то обстоятельство, что с возрастанием регулируемой крутизны избирательной характеристики устойчивость работы системы не только не падает, но наоборот, еще более углубляется за счет повышения затухания, вносимого цепью, содержащей элементы 10-15, для сигналов нерезонансных частот.

Таким образом существенные преимущества заявляемого устройства перед известными аналогами и прототипом состоят в том, что в процессе плавной регулировки потенциометром 41 селектирующего эффекта устройства, превосходящего таковой у известных регенеративных систем, устойчивость работы заявляемого устройства с возрастанием регулируемой крутизны избирательного эффекта не только не снижается, но, в противоположность регенеративным и другим известным системам, еще более повышается за счет углубления затухания на нерезонансных частотах, принципиально исключая возможность возникновения каких-либо тенденций к самовозбуждению устройства.

Практика эксплуатации заявляемого устройства показала, что возможность оперативной перестройки программируемой частоты индикации задаваемых скоростей разработанный сигнализатор сочетает с взаимонезависимостью регулировок таких параметров как порог срабатывания системы и ширина частотной зоны ее индикаторной чувствительности при обеспечении возможности глубокого вариирования устройством степени дискретного выделения требуемых скоростей индикации.

Сигнализатор предназначен для контроля и фиксации моментов достижения двигательными установками и транспортными средствами запрограммированных скоростей. Технический результат состоит в повышении стабильности в работе, обеспечении возможностей широкой плавной регулировки селективного эффекта без какого-либо ущерба для резонансной чувствительной системы, а также обеспечении возрастающей устойчивости функционирования устройства по мере повышения его избирательности. Сигнализатор содержит тахогенератор, опорный RC-четырехполюсник и электронно-управляемый релейный каскад, две транзисторные ступени усиления, два диодных выпрямительных моста. Электронно-управляемый релейный каскад выполнен по инверсно-повторительной транзисторной схеме, в качестве оконечной нагрузки которой применено двухобмоточное поляризованное реле. Опорный четырехполюсник выполнен в виде пары последовательно включенных делителей типа CR и RC, резистивные элементы которых представляют собой спаренный потенциометр. Четырехполюсник включен между первой и второй транзисторными ступенями усиления. 1 ил.

Сигнализатор достижения заданной скорости, содержащий тахогенератор переменного тока, опорный частотоизбирательный RС-четырехполюсник и электронно-управляемый релейный каскад, отличающийся тем, что в него дополнительно введены две транзисторно-резистивные ступени усиления, два диодных выпрямительных моста, а электронно-управляемый релейный каскад выполнен по инверсно-повторительной транзисторной схеме, в качестве оконечной нагрузки которой применено двухобмоточное поляризованное реле, опорный частотоизбирательный RC-четырехполюсник выполнен в виде пары последовательно включенных делителей типа СR и RC, резистивные элементы которых представляют собой спаренный потенциометр, причем указанный опорный RC-четырехполюсник включен между первой (входной) и второй транзисторно-резистивными ступенями усиления, выход второй из которых соединен с входом управляемого релейного инверсно-повторительного транзисторного каскада, эмиттерная нагрузка которого потенциометрически связана с одним из концов переменной входной диагонали первого диодного выпрямительного моста, выходная выпрямляющая диагональ которого содержит чисто резистивную нагрузку с заземленной средней точкой, другой из концов переменной входной диагонали первого диодного выпрямительного моста параллельно соединен с базой первой (входной) транзисторно-резистивной ступени усиления через емкость, а также с выходной обмоткой тахогенератора переменного тока через балластно-ограничительный резистор, противофазные выходы инверсно-повторительного транзисторного каскада емкостно связаны с входной переменной диагональю второго диодного выпрямительного моста, выходная выпрямляющая диагональ которого блокирована емкостью и нагружена первой из пары обмоток поляризованного реле, вторая обмотка которого через варьируемую резистивную цепь подключена к источнику коллекторного питания устройства.