Цифровой измеритель соотношения скоростей Советский патент 1985 года по МПК G01P3/56 

I Изобретение относится к цифровой технике электрических измерений параметров движения и может быт использовано для измерения соотно шения угловых или окружных скоростей вращения машин и механизмов. Цель изобретения - упрощение уст ройства и повышение его быстродейст вия. На чертеже представлена структур ная схема предлагаемого устройства Цифровой измеритель соотношения скоростей содержит импульсные тахо метры 1 и 2j блок 3 управления, эл менты И 4 и 5, генератор 6 эталонной частоты, реверсивный счетчик 7 и счетчик 8, группы 9 и 10 импульс но-потенциальных элементов И, элем ты ИЛИ 11 и 12 и блок 13 вычитания частотно-импульсных последовательностей. . Выходы импульсных тахометров 1 и 2 соединены с первым и вторым вх дами блока 3 управления, связанного первым и третьим выходами с вто рыми входами элементов И 4 и 5, соединенных первыми входами с выходом генератора 6 эталонной часто ты, а выходами связанных соответственно с входом счетчика 8 и сумм рующим входом реверсивного счетчика 7, выходами разрядов соединенного с потенциальными входами груп пы 10 импульсно-потенциальных элементов И, импульсными входами связанных с выходами разрядов счетчика 8, выход триггера старшего разряда которого соединен с третьим входом блока 3 управления, второй выход которого связан с входами ус тановки нуля счетчиков 7 и 8, а четвертый выход соединен с управля щим входом блока 13 вычитания частотно-импульсных Последовательностей, выходом связанного с входом Вычитание реверсивного счетчика пер-вым входом соединенного через э мент ИЛИ 12 с выходами группы 10 импульсно-потенциальных элементов а вторым входом связанного через элемент ИЛИ 11 с выходами группы 9 импульсно-потенциальных элементов И, импульсными входами соединенных с выходами разрядов реверсивного счетчика 7, а потенциальными входами - с выходами разрядов счетчика 8. 12 Блок 3 управления содержит элемент ИЛИ 14., элемент 15 задержки, D-триггеры 16-19, инверсный выход каждого из которых соединен с D-входом, элементы И 20, 21 и одновибратор 22, причем первые входы элементов И 21 и 20 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 3, а йыходы - с тактирующими входами D-триггеров 17 и 18, прямые выходы которых связаны через элемент 15 задержки и непосредственно с первым и третьим выходами блока 3 соответственно и с входами элемента ИЛИ 14, выходом соединенного с тактирующим входом D-триггера 16, прямым выходом связанного с вторым входом элемента И 20, а инверсным выходом - с вторым входом элемента И 21 и через одновибратор 22 - с нулевым входом В-триггера 19 и вторым выходом блока 3, третий вход которого соединен с тактирующим входом D-триггера 19, прямым выходом связанного с четвертым выходом блока 3. Блок 13 вычитания частотйо-импульсных последовательностей содержит трехвходовый элемент И 23, элемент 24 задержки и RS-триггер 25. Выход элемента И 23 связан с выходом блока 13, первый вход соединен с управляющим входом блока 13, а второй вход связан через элемент 24 задержки с инверсным выходом RSтриггера 25, нулевой вход которого соединен с третьим входом элеме;нта И 23 и первым входом блока 13, второй вход которого связан с единичным входом RS-триггера 25. Цифровой измеритель соотношения скоростей работает следующим образом. В исходном состоянии триггеры 1619 и 25 находятся в нулевом состоянии, счетчики 7 и 8 обнулены, на упрабляющий вход блока 13 подан низкий потенциал и блок 13 закрыт. Первый импульс частотой с выхода импульсного тахометра 1, прошедший через открытый элемент И 21 на тактирующий вход D-триггера 18, переводит его из нулевого состояния в единичное. При этом потенциаломс прямого выхода D-триггера 18 открьтается элемент И 5. Это приводит к прохождению импульсов генератора б частотой ff через эле3

мент и 5 на суммирующий вход реверсивного счетчика 7 до тех пор, пока на тактирующий вход D-триггера .18 не поступит через элемент И 21 второй импульс с выхода импульсног тахометра 1. После поступления второго импульса на тактирующий вход D-триггера 18 последний переводится из единичного состояния в нулевое и закрывает элемент И 5, прекращая поступление импульсов частотой fg генератора 6 -на суммирующий вход реверсивного счетчика. Таким образом, в реверсивном счетчике 7 формируется код числа

(1)

fn ТN.

где Т - период следования импульсов частотой f импульсного тахометпа 1.

В момент поступления второго импульса на тактирующий вход D-триггера 18с выхода элемента И 21 отрицательный перепад напряжения с его прямого выхода через элемент ИЛИ 1А проходит на тактирующий вход D-триггера 16, переводя его из нулевого состояния в единичное. При этом элемент И 21 закрывается, а элемент И 20 открывается. Первый импульс частотой fj с выхода импульсного тахометра 2, прошедший через открытый элемент И 20, поступает на тактирующий вход D-триггера 17 и переводит его из нулевог состояния в единичное, открывая при этом элемент И 4, что приводит к прохождению импульсов частотой f J, эталонного генератора 6 на вход счетчика 8. После поступления на вход счетчика 8 N импульсов частотой fp (N,y, коэффициент пересчета двоичного счетчика 8, где m - количество двоичных разрядов счетчика 8) в момент времени t

(2)

счетчик 8 переполняется и отрицательньй перепад напряжения с прямого выхода триггера последнего разряда счетчика 8, .поступая на тактирунщий вход D-триггера 19, переводит его из нулевого состояния в единичное. При этом подается разрещающий потенциал на управляющий вход блока 13 вычитания и блок 13 открывается.

703514

Определим результат измерения, который формируется в реверсивном счетчике 7.

Поскольку на вход счетчика 8 5 через элемент И 4 поступают импульсы частотой д генератора эталон.ной частоты 6, то счетчик 8 с группой 10 импульсно-потенциальных элементов И и элементом ИЛИ 12 представляет собой делитель частоты f, управляемый прямым кодом Z(t) счетчика 7. Поэтому среднее значение .частоты (t) на выходе элемента ИЛИ 12 определяется вьфажением 15

Z(t)

.ЛО f. --,-- . (3) О N

П

п

На вычитающий вход реверсивного счетчика 7 поступают импульсы частотой (t) с выхода блока 13 вычитания. Поэтому реверсивный счетчик 7 с группой 9 импульсно-потенциальных элементов И и элементом ИЛИ 11 представляет собой делитель частоты (t), управляемый прямым

кодом числа M(t) счетчика 8. Поэтому среднее значение частоты следования импульсов f (t) на выходе элемента ИЛИ 11 определяется выражением

MCt)

,(4)

f,,(t) f,j(t)

N.

m

,m

где N „ 2 - коэффициент пересчета

счетчика 7;

m - количество двоичных разрядов счетчика 7. Частота следования импульсов на выходе блока 13 вычитания част отноимпульсных последовательностей определяется выражением

(t) - ) - ftf(t). (5),

Подставив вьфажения (3) и (4) в уравнение (5), получим

) (6)

Преобразовав последнее уравнение и определив (t) получим

f (t) . f .

(7)

M(t)

Так как импульсы частотой (t) Поступают на вычитаюощй вход реверсивного счетчика 7, то число. соответствующее коду счетчика 7 определяется уравнением 1 Э Продифференцировав уравнение (8)i получим ) . , olt - ), или с учетом равенства (7) Z(t) Z(t). (10) 15 Е Jt° HCt) Определим число M(t), соответствующее коду счетчика. 8. Так как.в момент времени t (2) счетчик 8 переполняется, то текущее значение его кода определяется выражением M(t) f,t - N. Подставив уравнение (11) в (10 получим d/.(t) f Z(t) bft Н„ az(t) z(t) At t Разделив переменные, преобразу дифференциальное уравнение (12)- к olZ(t) t Z(tT t решив которое с учетом начальныхловий (8), получим f« Т, fe t откуда 2 -f N. Поскольку на вход счетчика 8 пульсы частотой fj, поступают с вы да элемента И 4, в течение време t Tj -f то, в соответствии .с формулами (8) и (14), в момент п тупления второго импульса частот f на тактирующий вход D-триггер 17, рует рый - 7 где 10 тей ры о тат в ви 7 в реверсивном счетчике 7 формися результат измерения, котоопределяется выражением --1 IM --i N .--- N MS t tn т f 1 f ,f- - частота следования импульсов импульсных тахометров 1 и 2; Т, - периоды следования импульсов импульсных тахометров 1 и 2 соответственно. сли для измерения угловых скоросимпульсуются импульсные тахометдного и того же типа, то резульИзмерения (15) можно записать де |2 „ K-Ull J, f. .«1 Кы, U), 1де К - коэффициент пропорциональности. Таким обра-зом, в момент окончания измерения в реверсивном счетчике 7 формируется код числа, пропорционального соотношению угловых скоростей соответствующих звеньев механизмов. Время, в течение которого на сход счетчика 8 поступают импульсы частотой fg и элемент И 4 открыт,определяется длительностью периода Tj следования импульсов частоты f импульсного тахометра 2. Поэтому, если на тактирующий вход D-триггера 17 поступает с выхода элемента И 20 второй импульс частотой f импульсного тахометра 2, то этим импульсом Dтриггер 17 переводится из единичного состояния в нулевое, закрывая элемент И 4, что приводит к прекращению прохождения импульсов частотой f эталонного генератора 6 на вход счетчика В. Одновременно с переводом D-триггера 17 из единичного состояния в нулевое отрицательный перепад напряжения на его прямом выходе поступает через элемент 15 задержки, длительность задержки которого определяет время индикации результата, и элемент ИЛИ 14 на тактирующий вход D-триггера 16, который при этом переводится из единичного состояния в нулевое. Положительный перепад напряжения на инверсном выходе D-триггера 16 запускает одно. ,„ оаиуилает одно- внбоятпп 99 « ° вибратор 22, выходной импульс КОТОРОГО обнуляет счетчики 7. 8 и Dтриггер 19. Низкий потенциал на пря MOM выходе D-триггера 19 подается - «-н 1:7 подается на vnn2iT nci nnn,K мл на управляющий вход блока t3, эакры вая его и переводя тем самым устройство в исходное состояние.

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СООТНОШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ, содержащий блок управления, два импульсных тахометра, генератор эталонной частоты, первый и второй -элементы И, первый счетчик, входом соединенный с выходом второго элемента И, выходами разрядов связанный с импульсными входами первой группы импульснопотенциальных элементов И, потенциальными входами соединенных с выхода ми разрядов второго счетчика, а выходами объединенных первым элементом ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, в него дополнительно введены второй элемент ИЛИ, вторая группа импульсно-Потенциальньк элементов И и блок вычитания частотно-импульсных последовательностей, управляющим входом связанный с четвертым выходом блока управления, первьм входом соединенный с выходом первого элемента ИЛИ, вторым входом связанный с выходом второго элемента ШШ, входами соединенного с выходами второй группы импульсно-потенциальных элементов И, потенциальными входами связанных с выходами разрядов первого счетчика, импульсными входами соединенных с выходами разрядов второго счетчика, выполненного реверсивным и связанного входом Вычитание с выходом блока вычитания частотно-импульсньпС последовательностей, а входом Сложение - с выходом первого элемен(Л та И, первым входом соединенного с первым входом второго элемента И и генератором эталонной частоты, вторым входом связанного с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с входами установки нуля первого и второго счетчиков, а третий выход связан с вторым входом второго элемента И, со ел причем первый и второй входы блока управления соединены соответственно с выходами первого и второго импульсных тахометров, а третий вход блока управления связан с выходом триггера старшего разряда первого сч&т ка.