Устройство для измерения параметров движения объектов Советский патент 1985 года по МПК G01P3/36 G01P15/93 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения перемещения, скорости и ускорения объектов при их поступательном или вращательном движении. Известно устройство для измерени углрвой скорости и ее колебаний, со держащее измерители интервалов времени и вычислитель til. Данное устройство имеет низкую точность, большое число сложных узлов, малый динамический диапазон измерения, малое быстродействие. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения скорости перемещения объектов, содержащее осветители, фотоприемники, функпиональный преобразователь, состоящий из делителей, прерьгоателей, запоминающих устройств и элементов сравнения 2 J. Однако большее число элементов определяет низкую точность и надеж ность преобразования устройством контролирующего параметра. Цель изобретения - повьш ение точ ности, быстродействия, надежности устройства, упрощение конструкции, расширение функци:ональных возможностей. I Поставленная цель достигается тем, что в устройс во для измерения параметров движения объектов, содер жащее фотосчитывающую ячейку, функц ональньй преобразователь, содержащий счетчик микро-ЭВМ с терминами, введены два диода, инвертор, схема ИЛИ, КЗ-триггер, два счетчика, гене ратор гармонического напряжения, пр этом фотосчитьта1ощая ячейка вьшолне ha в виде трехстабильного фоторадир частотного запоминающего устройства состоящего из четырех конденсаторов, четырех резисторов и двух фото транзисторов, выполняюащх функции фотоприемников, причем эмиттер первого и коллектор второго фототранзисторов, база первого и база второго фототранзисторов через первый и второй конденсаторы объединены и подключены к выходу генератора гармонического напряжения, база первог к база второго фототранзисторов через первый и второй резисторы объединены и соединены с шиной сбро са, эмиттер второго фототранзистора через третий резистор соединен с .коллектором первого фототранзистора коллектор первого фототранзистора через третий и четвертый конденсаторы подключен к базам первого и второго фототранзисторов соответственно, через четвертьй резистор к общей шине, к аноду первого и катоду второго диодов, катод первого диода подключен к входу первого счетчика и S-входу триггера, анод второго диода подключен через инвертор к входу второго счетчика и первому входу схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ - K.R-входу триггера, выход триггера соединен с входом третьего счетчика и ЭВМ, к второму входу схемы ИЛИ и к входам сброса трех счетчиков подключена шина сброса, выходы трех счетчиков подключены к ЭВМ. На фиг 1 представлена блок-схема устойства для измерения параметров движения объектов; на фиг,2,3 расположение фототранзисторов относительно движущихся объектов; на фиг. 4 - эпюры напряжений; на фиг. 5 - вольт-амперная характеристика фототранзисторов при заданной частоте f напряжения U; генератора гармонического напряжения. Устройство содержит фототранзисторы 1, 2, эмиттер второго фототранзистора 2 через резистор 3 подключен к коллектору первого фототранзистора 1, который в свою очередь через резистор 4 подключен к общей ШИНЕ; (фиг. 1). Базы фото транзисторов 1 и 2 объединены через резисторы 5 и 6 на шине сброса. База первого фототранзистора 1 через конденсатор 7 подсоединена к эмиттеру первого фототранзистора и через конденсатор 8 - к коллектору первого фототранзистора 1. База второго фототранзистора 2 соединена через конденсатор 9 с коллектором второго фототранзистора 2 и через конденсатор 10 - с коллектором первого фототранзистора 1. Эмиттер первого фототранзистора 1 и коллектор второго фототранзистора 2 объединены На выходе генератора гармонического напряжения 11. Элементы 1-10 образуют трехстабильное фоторадиочастотное запоминающее устройство (ТФРЗУ) 12. Коллектор первого фототранзистора 1 подключен через первьп 13 и второй 31 14 диоды к первому 15 и второму 16 счетчику, причем вход второго счетчика 16 подключен через инвертор 17 к диоду 14. Вход второго счетчика 16 подключен к первому входу схемы ИЛИ 18, выход которой соединен с R-входом триггера 19. Вход 5 триггера 19 подключен к входу первого счетчика 15. Выход триггера 19 соединен с входом счетчика 20.МикроЭВМ 21 соединена с терминами: устрой ством 22 ввода информации и устройством 23 вывода информации. Шины сброса 24 - 28 подключены к входу сброса счетчика 15, резисторы 5, 6, входу сброса счетчика 16, второму входу схемы ИЛИ 18 и входу сброса счетчика 20. Выходы счетчиков 15, 16 и 20 через линии 30 - 32 соединены с микро-ЭВМ. При измерении параметров вращательного движения тела вокруг центра его вращения (фиг. 20,5) - угловой скорости, частоты вращения, ускорения, числа оборотов - источники света 33, 34 и фототранэисторы 1, 2 располагаются на границах одного из секторов, на которые разбивается вра щающееся тело, исходя из требований точности измерения параметров. Например, фиг. 2о содержит четыре сектора, а фиг.2о - 6 секторов. Отражающие поверхности 35 - 37 располагают ся на границах двух соседних секторо При измерении параметров поступательного движения объектов 38 - 40 и т.д. - скорости, числа объектов и частоты их прохождения - фототранзис торы 1, 2 располагаются вдоль трассы движения объектов 38 - 40, причем :1 L. Источником света в данном слу чае является сам объект. Вольт-амперная характеристика фоi тотранзистора при питании переменным (Напряжением высокой частоты имеет S-образный характер изменения (фиг.5 Это объясняется асимметрией коллекторного и эмиттерного перехода и наличием емкостей переходов. Устройство работает следующим образом. При попадании светового потока от движущегося объекта на фототранзистор 1 его вольт-амперная характеристика (кривая (3 ) смещается влево (фиг. 5, кривая S), Когда характерис тика О становится левее точки, соответствующей напряжению U., происхо144дит скачкообразный переход рабочей точки 41 в точку 42. Ток 1 через фототранзистор 1 скачком возрастает до 14 If а напряжение на фототранзисторе уменьшается и становится меньше Uj. При этом фототранзистор 2 (если он открыт) запирается, так как рабочая точка переходит из точки 43 на нижнюю область кривой О в точку 44, Когда световой поток от объекта, попадаюпщй на фототранзистор 1, становится равным нулю, характеристика d сдвигается вправо (кривая О). ; Рабочая точка переходит из точки 42 в точку 45. Через фототранзистор 1 и сопротивление нагрузки 4 протекает ток 1 1 на резисторе 4 действует напряжение U4 положительной полярности с переменной составляющей частоты f . Через диод 13 импульсы поступают на вход счетчика, 15, и начинается их счет (фиг. 4о). Первый импульс последовательности устанавливает триггер 20 в единичное состояние. Импульс по шине 29 вызывает считьшание содержимого счетчика 16 по щинам 31 в память ЭВМ 21 и затем его сброс по шине 26. Счетчик 15 производит счет импульсов, число которых пропорционально , временному интервалу t (фиг. 4 ). Кроме того, положительный перепад напряжения с выхода триггера 20 вызывает запись единицы в счетчик 20, фиксирующий момент засветки фототранзистора 1. В результате в счетчике фиксируется либо число импульсов, пропорциональное числу оборотов, либо число объектов 38, 39, 40, прошедших вдоль трассы измерения. I Когда световой поток попадает на фототранзистор 2, происходит открывание фототранзистора 2 и переход рабочей точки из 41 в точку 46. Аналогично- предыдущему через фототранзистор 2 протекает ток 1ц Ij затем при нулевом световом потоке ток 1 Ij-, фототранзистор закрывается и для него рабочая точка переходит из 46 в точку 44. Ток создает напряжение отрицательной полярности, т.е. ТФРЗУ переходит в третье состояние равновесия. Через диод 14 и инвертор 17 импульсы поступают на счетик 16, где начинается их счет, а счет импульсов счетчиком 15 прекраается, так как отрицательные импульсы j1 не проходят через диод 13. Первый импульс с выхода инвертора 17 возвра щает триггер 19 в исходное состояние Отрицательный перепад напряжения вызывает по шине 29 считьюание содержимого счетчика 15 в виде двоичного числа по информационной шине 30 в память ЭВМ 21. При дальнейшем поочередном освещении фоторезисторов производится поочередное изменение состояний сче чиков 15, 16, соответствунлцих величинам t., tj, tj, и их запоминание в ЭВМ, а также счет числа засветок фототранзистора 1 счетчиком 20. Число импульсов, записанное в счетчик 20, пропорционально числу оборотов объекта или числу проходящих вдоль трассы объектов. При измерении параметров вращательного движения в соответствии с программой ЭВМ по хранящимся в ее памяти измеренным с помощью счетчиков 15, 16, 20 временным интервалам t,,-tj ,..t,f,H числу оборотов п, числу секторов, на которое разбивается вращающееся тело, производится вычисление угловой скорости вращения, ее среднего значения, углового ускорения. Аналогичные параметры вычисляются и для поступательного движения. Предложенное устройство является универсальным измерительным прибором, позволяющим решать широкий круг вопросов измерения кинематических параметров движущихся тел.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ, содержащее фотосчитывающуй ячейку, функ:циональный преобразователь, содержащий счетчик микро-ЭВМ с терминами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия, надежности устройства, упрощения конструкции, расширения функциональных возможностей, в него введены два диода, инвертор, схема ИПИ, RS-триггер, два счетчика, генератор гармонического напряжения, при этом фотосчитывающая ячейка выполнена в виде трехстабильного фоторадиочастотного запоминающего устройства, состоящего из четырех конденсаторов, четырех резисторов и двух фототранзисторов, выполняющих функции фотоприемников, причем эмиттер первого и коллектор ; второго фототранзисторов, база первого и база второго фототранзисторов через первый и второй конденсаторы объединены и подключены к выходу генератора гармонического напряжения, база первого и база второго фототранзисторов через первый и второй резисторы объединены и соединены с шиной сброса, эмиттер второго фототранзистбра через третий резистор соединен с коллектором первого фототранзистора, коллектор первого фототранзистора через третий 3 и четвертый конденсаторы подключен (Л к базам первого и второго фототранзисторов соответственно, через четвертый резистор - к общей шине, к аноду первого и катоду второго диодов, катод первого диода подключен к входу первого счетчика и S-входу триггера, анод второго диода подсо ключен через инвертор к входу второго счетчика и первому входу схемы 4 СО ИЛИ, выход схемы ИЛИ - к R-входу триггера, выход триггера соединен с входом третьего счетчика и ЭВМ, к второму входу схемы ИЛИ и к входам сброса трех счетчиков подключена шина сброса, а выходы трех счетчиков подключены к ЭВМ.

О

J

Фиг 2

J W

T

и291

. tg Д Гз .

tf

f5..rg

Д

J -

Г,

T-,

,.ri

.,

Tn

-4BA

i

r

- 7/7

ФиеЛ