Устройство для измерения скорости вращения Советский патент 1983 года по МПК G01P3/46 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации параметров вреицательного движения различных приводов и объектов, например в качестве измерительных датчиков скорости и ускорения в системе автоматического управления скоростью движения рудничного электровоза.

По основному авт. св. № 949503 известно устройство, содержащее генератор трехфазного тока, три компаратора, три нуль-органа, сумматор, дифференциатор, дешифратор, устройство выделения полярности сигналов, ключи и запоминающие конденсаторы. О величине и направлении скорости вращения судят.по величине и знаку напряжения на запоминанвдих конденсаторах, которые поочередно подключа ются к фазам генератора в моменты достижения фазными напряжениями максимальных значений tl Однако известное устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет дополнительного измерения угловых ускорений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два . блока возведения в квадрат, дополнительн й ключ и RS-триггер, причем . входы RS-триггера соединены с управляющими входами выходных ключей, выходы которых соответственно через первый и второй блоки возведения в квадрат подключены к входам элемен10та сравнения, а средняя точка конденсаторов соединена с нулевыми клеммами блоков возведения в квадрат через дополнительный - ключ, управляняцйй вход которого подключен к выходу RS-триг15гера.

На чepTJeжe представлена электрическая схема устройства.

Устройство для измерения скорости вргцдения содержит генератор 1

20 трехфазного тока, первый, второй и третий нуль-органы 2, 3 и 4, сумматор 5, дифференциатор 6, блок 7 выделения полярности сигналов, первый, второй и третий ключи (фазные) 8, 25 9 и 10, первый, второй рг третий компараторы 11, 12 и 13, дешифратор 14,. RS-триггер 15, четвертый и пятый ключи (выходные) 1ё и 17, запоминающие конденсаторы 18 и 19, щестой ключ

30 (дополнительный) 20, первый и второй блоки 21 и 22 возведения в квадрат элемент 23 сравнения. ПринциП деГТСТВия устройства следующий , При правом (левом) вращении ген ратора 1 трехфазного тока мгновенны значения генерируемых фазных напряжений ранни К () S in( --), U Uc ) slndUpt - ) )e UB K(u;(,+ e.t)sin( + ) где К - коэффициент пропорциональности;tOo- начальная угловая с ооость вращения; S - угловое ускорение; t - время. К первой-второй (А-В), второйтретьей (В-с) и третьей-первой (С-А фазам генеоатора подключены нуль-ор 2, 3 iH 4, которые при совпадеНИИ величин двух фазных напряжений переключаются из одного устойчивого . состояния в другое. Выходные напряжения с нуль-органов поступают на сумматор 5, в котором они алгебра ически,складываются. Суммарное напр жение подается на дифференциатор б, (Который напряжение прямоугольной фо мы преобразует в импульсы положител |НОй и отрицательной полярности ,котор в свою очередь,в блоке выделения по лярности сигналов 7 разделяются на серию положительных и серию отрицательных импульсов. К фазам генератора подключены также фазные ключи 8, 9 и 10 и компараторы 11, 12 и 13 выходые сигналы которых через дешиф ратор 14 поочередно управляют фазными ключами. В компараторах сравнение соответствующего фазного напряжения производится относительно нулевого сигнала (вторые входы подсоединены к нейтральной точке генератора) . В дешифраторе из трех поступающих к компараторам напряжений осуществляется операция эквивалент ность двух сигналов. Серии импульсов с устройства выделения полярнос ти сигналов поступают на йходы RS-триггера 15 и на управляющие входы выходных ключей 16 и 17, кото рые по входу соединены последовател но с фазными ключами, а их выходы подсоединены к последовательно включенным запоминающим конденсаторам 18 и 19. Управление ключами производится таким Образом, что запоминающие кон денсаторы через два одноврелданно от крытых клича (один фазный и один вы ходной) посперепно подключаются к фазам генератора в следующей последовательности: В . А.С . . С.В. - при правом вращении и С . А . В . . В . С при левом вращении (А.В.С, и А.В.С. - соответственно положительные и отрицательные полуволны фазных напряжегний). Согласно принятому условию формирования сигналов, управляющих ключатуи, конденсаторы подключаются; при и,-1)0 0 - -К фазе С; при фазе А; при - к фазе В и заряжаются до следующих напряжений: при подключении и фазе В(С) UB U(,., Kyuj -(6n+1) , . при подключении к фазе А(А) (бп+З), при подключении к фазе С(В) и.-4 (6п+5), где , 1, 2, 3 ... полупериоды генерируемых напряжений, индексы А. В. С (А), (.В), (С) - соответственно для правого и левого вращения генератора. Измерение угловых ускорений производится следующим образом. Паргшлельно каждому запоминающему конденсатору через дополнительный ключ 20, управляемый от RS-триггера,, подключены соответственно первый и второй блоки 21 и 22 возведения в квадрат. С выходов устройства выделения полярности сиг нгшов импульсы на входы RS-триггера, как и на управление выходными ключами, поступают поочередно, а поэтому с момента каждого прихода импульса на выход S до момента прихода импульса на вход R на выходе триггера будет состояние логической 1 (единицы) и дополнительный ключ замкнут. Таким образом, триггер совместно с ключом выполняет функцию коммутатора, который в каждом такте поступления сигналов сначала на вход S и затем на вход R, т.е..после каждых двух последовательных зарядов одного и другого конденсатора, подключает конденсаторы к блокам возведения в квадрат. (Например: ... импульс на входе R - ключ размыкается) заряд С19, импульс на входе S - ключ замыкается (заряд С18 и С18 - С19 подключаются к 21 и 22, импульс на входе - цикл закончен, ключ размыкается ... и т.д.). Квадратичные значения каждых двух фазных напряжений поступают на элемент 23 сравнения, в котором между двумя напряжениями,опрелелпотся рачность, равная с учетом чередования

подключаемых фаз и полупериодов повторения;

при правом вращении

,,,.--- .

- ,

при левом вращении

co-u o-Ueo-uBi-UAi-.-ulg- Aa - ... - ,

где индексы О, 1, 2 ... - полупериоды повторения. (Выражения приведены при условии вычитания из сигнала с 21 сигнала с 22; при правом вращении при чередовании ВА заряжается сначала С19, затем - С18, а при леВом врсцаении при чередовании С А перВШ4 з 1ряжается С18,. а затем - С19, в результате при перемене направления вращения меняется полярность выходного сигнала с конденсаторов).

Из приведенных выражений для выходного напряжения с элемента срав.нения определяется параметр углового ускорения:

при правом врашении

- ).4i-). lc,

при левом вращении ,).

,).

(Ц

во

%Ve,) (--JA ).-- Следовательно, сигнал с выхода элемента сравнения характеризует величину и направление вектора углового ускорения.

Таким образом, введение в извесное устройство дополнительных ftSтриггера, ключа, двух блоков возведения в квадрат и элемента сравнения и соответствующее их включение позволяет помимо измерения величины и направления скорости вращения измерять угловые ускорения объектов с указанием его знака и величины, т.е. предлагаемое устройство по срав нению с известным обладает функциями и тахометра и акселерометра, причем

0 измерение ускорений осуществляется не прямым дифференцированием параметра скорости, а операциями и средст вами, которые практически реализуются существенно проще и дают меньшую

5 погрешность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорос0ти вращения по авт. св. 949503, отлич ающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет дополнительного измерения угловых ускорений, в

5 него введены два блока, возведения в квадрат. Дополнительный ключ и RS-триггер, причем входы RS-трйггера соединены с управляющими входами выходных ключей, выходы которых соDответственно через первый и второй, блок и возведения в квадрат подключены к входам элемента сравнения, а средняя точка конденсаторов соединена с нулевыми клеммами блоков

5 .возведения в квадрат через дополнительный ключ, управлякяций вход которого подключен к выходу RS-триггера.

Источники информации,

0 п)ринятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР по заявке 3234001/18-10, кл, G 01 Р 3/46, 05.01.81 (прототип).