УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖУЩЕГОСЯ КАБЕЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01P3/64 

Изобретение относится к производству кабельных изделий, конкретнее к измерению скорости движущегося кабельного изделия. Изобретение может быть использовано в системах контроля и регулирования скорости технологических процессов при производстве кабельных изделий.

Наиболее близким по технической сущности и по конструкции к заявляемому устройству является способ измерения скорости движения проводника с током (см. авторское свидетельство SU 1826066 А1, 1993).

Сущность изобретения состоит в измерении интенсивности возмущения объектом каждого датчика, по разностному сигналу двух соседних датчиков фиксируют моменты наступления максимума и нулевого значения, измеряют первый интервал Δt_i1 между появлением i-го максимума и нулевым значением, после чего измеряют второй интервал времени Δt_i2 между моментом достижения нулевого значения разностного сигнала и моментом появления (i+l)-гo максимума, определяют сумму двух соседних датчиков S и интеграл разности сигналов двух соседних датчиков d, а скорость объекта на первой V_i1 и второй V_i2 половине участка определяют как

где ΔS - расстояние между датчиками.

Устройство, реализующее данный способ, содержит датчики, установленные вдоль траектории движения проводника с током, два мультиплексора, три счетчика, генератор импульсов, элементы задержки сигнала, два триггера, два блока выделения признака, сумматор, вычитатель, интегратор, делитель, элемент выборки и хранения, аналогово-цифровой преобразователь, элемент ИЛИ, элемент И, вычислитель и одновибратор.

Недостатком способа и устройства, являющегося прототипом, является невозможность измерения скорости движущегося кабельного изделия. Невозможность измерения скорости определяется прохождением изделия через все датчики одновременно.

Поставленная выше цель, измерение скорости движущегося кабельного изделия, достигается тем, что в известное устройство, содержащее два датчика, устанавливаемых вдоль линии движения изделия, блок постоянной задержки, первый вычитающий блок, блок деления, введены два низкочастотных фильтра, второй вычитающий блок, блок масштабирования, запоминающий блок и блок фиксации экстремума, а датчики выполнены в виде датчиков диаметра, причем выходы датчиков диаметра подключены к входам низкочастотных фильтров, выход первого низкочастотного фильтра подключен к первому входу блока фиксации экстремума, к входу блока постоянной задержки, к инвертирующему входу первого вычитающего блока и неинвертирующему входу второго вычитающего блока, выход второго низкочастотного фильтра подключен к второму входу блока фиксации экстремума и к инвертирующему входу второго вычитающего блока, выход блока постоянной задержки подключен к неинвертирующему входу первого вычитающего блока, выход которого подключен к входу делимого блока деления, выход второго вычитающего блока подключен к входу делителя блока деления, выход блока деления подключен к входу блока масштабирования, выход которого подключен к информационному входу запоминающего блока, а выход блока фиксации экстремума подключен к логическому входу запоминающего блока.

Устройство измерения скорости движущегося кабельного изделия (см. чертеж) содержит два датчика диаметра 1 и 2, расположенных вдоль линии движения изделия на расстоянии L друг от друга, два низкочастотных фильтра 3 и 4, блок постоянной задержки 5, два вычитающих блока 6 и 7, блок деления 8, блок масштабирования 9, запоминающий блок 10 и блок фиксации экстремума 11, формирующий сигнал запрета прохождения новых значений через запоминающее устройство 10, причем выходы датчиков диаметра 1 и 2 подключены к входам низкочастотных фильтров 3 и 4 соответственно, выход низкочастотного фильтра 3 подключен к первому входу блока фиксации экстремума 11, к входу блока постоянной задержки 5, к инвертирующему входу вычитающего блока 6 и неинвертирующему входу вычитающего блока 7, выход низкочастотного фильтра 4 подключен к второму входу блока фиксации экстремума 11 и к инвертирующему входу вычитающего блока 7, выход блока постоянной задержки 5 подключен к неинвертирующему входу вычитающего блока 6, выход вычитающего блока 6 подключен к входу делимого блока деления 8, выход вычитающего блока 7 подключен к входу делителя блока деления 8, выход блока деления 8 подключен к входу блока масштабирования 9, а выход блока масштабирования 9 подключен к информационному входу запоминающего блока 10, выход блока фиксации экстремума 11 подключен к логическому входу запоминающего блока 10.

Устройство работает следующим образом. В устройстве измерения скорости движущегося кабельного изделия предусматривается два режима работы.

Первый режим - прохождение между датчиками диаметра 1 и 2 участка монотонного изменения величины диаметра. В этом случае сигнал с низкочастотного фильтра 3 поступает на блок постоянной задержки 5, затем на вычитающий блок 6, где из него вычитается сигнал с низкочастотного фильтра 3. Далее разность сигналов, представляющая собой приращение функции диаметра по времени, поступает на блок деления 8. Одновременно с этим из сигнала с низкочастотного фильтра 4 вычитается сигнал с низкочастотного фильтра 3 в вычитающем блоке 7. Сигнал разности, являющийся приращением функции диаметра по длине кабельного изделия, подается на блок деления 8, где сигнал с вычитающего блока 6 делится на сигнал с вычитающего блока 7. Сигнал с блока деления 8 является коэффициентом пропорциональности между текущим значением скорости и номинальным ее значением. Номинальное значение скорости определяется величиной времени задержки в блоке постоянной задержки 5 и расстоянием L между датчиками диаметра 1 и 2. С блока деления 8 сигнал проходит на блок масштабирования 9, где умножается на значение номинальной скорости. Полученный сигнал, равный скорости движения кабельного изделия, поступает на запоминающий блок 10 и через него на выход измерителя.

Второй режим работы измерителя. Этот режим возникает в случае прохождения между датчиками диаметра 1 и 2 сечения, соответствующего экстремуму функции диаметра. При прохождении такого сечения через датчик диаметра 1 блок определения экстремума 11 выдает сигнал запрета прохождения новых значений на выход запоминающего блока 10. При этом последнее вычисленное значение скорости движения кабельного изделия запоминается и выставляется на выходе запоминающего блока 10. При прохождении сечения, соответствующего экстремуму функции диаметра, через датчик диаметра 2 блок определения экстремума 11 выдает сигнал, разрешающий прохождение вычисленных значений скорости на выход запоминающего блока 10.

Учитывая, что интервал корреляции сигналов диаметра существенно превышает время прохождения кабельным изделием расстояния L между датчиками диаметра 1 и 2, скорость изменения диаметра на отрезке времени, затрачиваемом изделием на прохождение расстояния L между датчиками диаметра 1 и 2, можно считать постоянной:
ϑ(t)≈const. (1)
Будем считать, что скорость изменения диаметра по длине изделия на отрезке, равном расстоянию L между датчиками, остается величиной постоянной:

где D(t, l) - функция диаметра изделия.

При соблюдении условий (1) и (2) скорость изменения диаметра по времени на отрезке времени, затрачиваемом изделием на прохождение расстояния L, имеет вид:

По известной формуле дифференцирования имеем

В свою очередь исходя из выражений (1), (2) и (3) частные производные функции диаметра по времени и расстоянию могут быть выражены следующими соотношениями:


где D₁(t, l) и D₂(t, l) - показания первого и второго датчиков диаметра соответственно, а Т₀ - тактовое время задержки сигнала с первого датчика.

Исходя из условия (1) о постоянстве скорости движения изделия выберем тактовое время задержки Т₀ в зависимости от номинальной скорости ϑ_н(t):

Подставляя в (4) выражения (5), (6) и (7), получаем выражение для оценки скорости движения кабельного изделия по показаниям двух датчиков диаметра:

Поскольку диаметр кабельного изделия является случайной функцией, то предположение о постоянстве скорости изменения диаметра по длине изделия в общем случае не выполняется. Учитывая, что период корреляции сигнала с датчика диаметра составляет 1-10 минут, введение в устройство предварительной низкочастотной фильтрации сигналов с датчиков диаметра позволяет считать, что условие (2) выполняется.

Предположение о постоянстве скорости изменения диаметра по длине теряет свой смысл при прохождении между датчиками диаметра сечения, соответствующего экстремуму функции диаметра. Как указывалось выше, типичная реализация диаметра изоляции кабельного изделия в процессе ее экструдирования характеризуется интервалом корреляции в пределах 1-10 минут, номинальная скорость изготовления кабельного изделия в зависимости от типа кабеля колеблется от 20 до 2000 м/мин. Поэтому при расстоянии между датчиками диаметра L=1 м время прохождения экстремума между датчиками составляет не более 5% от времени монотонного изменения функции диаметра. С уменьшением расстояния между датчиками этот процент уменьшается. Для исключения ошибок измерения предлагается на время прохождения между датчиками диаметра сечения, соответствующего экстремуму функции диаметра, значение скорости движущегося кабельного изделия фиксировать на последнем измеренном перед прохождением сечения экстремума через датчик диаметра 1 значении. Величина расстояния между датчиками диаметра L должна удовлетворять условию, определяемому по теореме Котельникова:

где L_в и g_в - максимальные пространственные период и частота сигналов с датчиков диаметра.

Значение максимального пространственного периода сигналов зависит от частоты среза низкочастотных фильтров, что позволяет расширить область допустимых значений параметра L. Поэтому, если по требованиям, предъявляемым к технологическому оборудованию, расстояние между датчиками необходимо увеличить, то это допускается при одновременном уменьшении частоты среза низкочастотных фильтров.

Изобретение может быть использовано в системах контроля и регулирования скорости технологических процессов при производстве кабельных изделий. Устройство вычисляет текущую скорость изделия по приращениям функции диаметра изделия по времени и по длине самого изделия за счет того, что оно содержит два датчика диаметра, расположенных вдоль линии движения изделия, два низкочастотных фильтра, блок постоянной задержки, два вычитающих блока, блок деления, блок масштабирования, запоминающий блок и блок фиксации экстремума, формирующий сигнал запрета прохождения новых значений через запоминающий блок. Обеспечивается расширение области использования. 1 ил.

Устройство измерения скорости движущегося кабельного изделия, содержащее два датчика, установленных вдоль линии движения изделия, блок постоянной задержки, первый вычитающий блок, блок деления, отличающееся тем, что введены два низкочастотных фильтра, второй вычитающий блок, блок масштабирования, запоминающий блок и блок фиксации экстремума, а датчики выполнения в виде датчиков диаметра, причем выходы датчиков диаметра подключены к входам низкочастотных фильтров, выход первого низкочастотного фильтра подключен к первому входу блока фиксации экстремума, к входу блока постоянной задержки, к инвертирующему входу первого вычитающего блока и неинвертирующему входу второго вычитающего блока, выход второго низкочастотного фильтра подключен к второму входу блока фиксации экстремума и инвертирующему входу второго вычитающего блока, выход блока постоянной задержки подключен к неинвертирующему входу первого вычитающего блока, выход которого подключен к входу делимого блока деления, выход второго вычитающего блока подключен к входу делителя блока деления, выход блока деления подключен к входу блока масштабирования, выход которого подключен к информационному входу запоминающего блока, а выход блока фиксации экстремума подключен к логическому входу запоминающего блока.