УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01P3/44 

Изобретение относится с системам измерения скорости вращения вала электродвигателя и может быть использовано в микропроцессорных системах автоматического регулирования.

Известно устройство для регулирования скорости вращения [1], содержащее последовательно соединенные преобразователь скорости вращения в частоту, усилитель-формирователь, преобразователь частоты в напряжение, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, и исполнительный механизм, D-триггер и пороговый элемент, причем выход элемента сравнения подключен к D-входу D-триггера, выход усилителя-формирователя к С-входу D-триггера, а первый вход элемента сравнения - к входу порогового элемента, выход которого подключен к R-входу D-триггера, на выходе которого включен исполнительный механизм.

Известно также устройство для измерения скорости вращения [2], принятое за прототип и содержащее частотный датчик, подключенный первым выходом к первому входу формирователя постоянного заряда, выход которого соединен с входом RC-фильтра, а выход RC-фильтра подключен к входу усилителя постоянного тока, блок определения направления вращения, второй формирователь постоянного заряда, второй RC-фильтр и формирователь контурного тока, первый выход которого соединен с входом первого RC-фильтра, а второй выход - с входом второго RC-фильтра, первый вход второго формирователя постоянного заряда подключен к первому выходу частотного датчика и к первому входу блока определения направления вращения, второй вход которого соединен с вторым входом частотного датчика, первый выход - с вторым входом первого формирователя постоянного заряда, а второй выход - с вторым входом второго формирователя постоянного заряда, выход которого через второй RC-фильтр подключен к входу усилителя постоянного тока.

К недостаткам прототипа можно отнести его невысокую надежность вследствие наличия блока определения направления вращения и второго измерительного канала.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого изобретения, является повышение надежности.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения скорости вращения, содержащее частотный датчик, формирователь выходного постоянного напряжения и опорный элемент, дополнительно введены формирователь двуполярных импульсов, связанный входом с первым выходом частотного датчика, и синхронный аналоговый переключатель, первый вход которого подключен к выходу формирователя двуполярных импульсов через первый вход и выход сумматора, а второй вход - к опорному элементу, третий вход - управляющий - ко второму выходу частотного датчика, а выход - к первому входу формирователя выходного постоянного напряжения, второй вход которого соединен с вторым входом сумматора и с выходом опорного элемента, выход которого является выходом устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства, на фиг.3 - характеристика вход-выход устройства.

Устройство содержит частотный датчик 1, формирователь двуполярных импульсов 2, опорный элемент 3, синхронный аналоговый переключатель 4, формирователь выходного постоянного напряжения 5, включающего RC-фильтр 6 и усилитель постоянного тока 7.

Частотный датчик должен иметь два импульсных выхода, фазы сигналов которых сдвинуты друг относительно друга на 90 градусов, и может быть выполнен, например, на основе датчиков с элементами Холла, пространственно расположенных таким образом, чтобы обеспечить требуемый фазовый сдвиг.

Формирователь двуполярных импульсов формирует на своем выходе последовательность двуполярных импульсов со стабильными амплитудой и длительностью. Длительность импульсов t₁ на выходе формирователя необходимо выбирать не более длительности четверти периода Т импульсного сигнала с выхода частотного датчика при максимальной частоте вращения электродвигателя ω_макс.

RС-фильтр может быть выполнен, например, по схеме, описанной в [2].

Устройство работает следующим образом.

При вращении ротора электродвигателя в одном направлении на первом выходе частотного датчика 1 образуются импульсы U₈ с частотой, пропорциональной частоте вращения вала электродвигателя, которые поступают на вход формирователя двуполярных импульсов 2, на выходе которого формируются импульсы положительной и отрицательной полярности U₉ с длительностью t₁ и частотой следования, равной частоте следования импульсов с выхода частотного датчика. Этот сигнал суммируется с напряжением U₀, формируемым опорным элементом 3 и результирующий сигнал U₁₁ поступает на первый вход синхронного аналогового переключателя 4, который с помощью импульсов со второго выхода частотного датчика U₁₀, поступающих на управляющий вход переключателя, имеющих те же параметры, что и импульсы U₈, но сдвинутых на 90^o, пропускает на вход формирователя выходного постоянного напряжения 5 положительную относительно потенциала U₀ последовательность импульсов U₁₂. При низком уровне сигнала U₁₀, на вход формирователя постоянного напряжения поступает напряжение U₀. С помощью RC-фильтра 6 из сигнала U₁₂ выделяется постоянная составляющая, которая затем усиливается до необходимого уровня усилителем постоянного тока 7 и поступает на выход устройства в виде выходного постоянного напряжения U_вых (фиг.2). При противоположном направлении вращения происходит смена фазы сигнала U₈ относительно U₁₀ на 180^o, в результате чего на вход формирователя выходного постоянного будет поступать только отрицательная относительно U₀ последовательность импульсов U₁₂, которая дальше обрабатывается аналогично для случая импульсов положительной полярности (фиг.2). В результате характеристика вход-выход устройства имеет вид, представленный на фиг. 3, что обеспечивает также согласование выхода данного устройства с аналоговыми входами микропроцессорных систем, работающих в диапазоне напряжений 0.. .+5 В.

Таким образом, применение в устройстве формирователя двуполярных импульсов и синхронного аналогового переключателя позволяют совместить в одном измерительном канале функции определения скорости и направления вращения, и тем самым уменьшить количество элементов в схеме, что повышает в целом надежность устройства.

На предприятии изготовлен макетный образец устройства для измерения скорости вращения и испытан в составе электроусилителя руля на базе бесконтактного двигателя постоянного тока. Результаты показали высокую надежность и работоспособность предлагаемого устройства.

Источники информации
1. А.С. СССР 1104477, G 05 D 13/62.

2. А.С. СССР 1026056, G 01 P 3/12 - прототип.

Устройство может быть использовано в микропроцессорных системах автоматического регулирования. Устройство содержит частотный датчик, формирователь двуполярных импульсов, опорный элемент, синхронный аналоговый переключатель, формирователь выходного постоянного напряжения. Импульсные сигналы с выходов частотного датчика сдвинуты по фазе на 90^o. Длительность импульсов на выходе формирователя двуполярных импульсов не больше длительности четверти периода сигнала с выхода частотного датчика при максимальной скорости вращения. Технический результат - повышение надежности данного устройства. 3 ил.

Устройство для измерения скорости вращения, содержащее частотный датчик, формирователь выходного постоянного напряжения и опорный элемент, отличающееся тем, что в него дополнительно введены формирователь двуполярных импульсов, связанный входом с первым выходом частотного датчика, и синхронный аналоговый переключатель, первый вход которого подключен к выходу формирователя двуполярных импульсов через первый вход и выход сумматора, а второй вход - к опорному элементу, третий вход - управляющий - ко второму выходу частотного датчика, а выход - к первому входу формирователя выходного постоянного напряжения, второй вход которого соединен со вторым входом сумматора и с выходом опорного элемента, выход которого является выходом устройства, при этом импульсный сигнал одного выхода частотного датчика сдвинут по фазе относительно сигнала другого выхода на 90^o, а длительность импульсов на выходе формирователя не больше длительности четверти периода импульсного сигнала с выхода частотного датчика при максимальной скорости вращения.