Измеритель скорости вращения вала Советский патент 1986 года по МПК G01P3/36 

1229694

Изобретение относится к иэмери- где тельной технике и может быть использовано для измерения знакопеременных угловых скоростей валов (до 5,2-10 ).5

Цель изобретения - повышение точности и расширение рабочего диапазоны в сторону низких скоростей.

На фиг.1 изображена оптико-механическая часть устройства; на фиг,2 0 структурная схема устройства обработки сигналов от фотоприемников.

Устройство содержит цилиндрический барабан 1, связанный с исследуемым валом, диск 2 с кольцевой растровой решеткой, образованной р адиаль ными растровыми штрихами, расположенный непосредственно над образующей барабана 1 так, что ось вращения диска 2 перпендикулярна оси вращения барабана 1 и пересекает ее. Диск 2 приводится во вращение вспомогательным двигателем 3. На барабане 1 напротив диаметральных участков кольце вой растровой решетки диска 2 размещены две одинаковые цилиндрические растровые решетки 4 и 5, образованные параллельными штрихами, направленными по образующей барабана . Внутри барабана 1 напротив цилиндри ческих растровых решеток 4 и 5 установлены два неподвижных осветителя 6 и 7, световой поток от которых проходит через цилиндрические растровые решетки 4 и 5, кольцевую растровую решетку диска 2 и маски 8 и 9 и поступает на фотоприемники 10 и К

Устройство работает следующим образом.

Свет от осветителей 6 и 7 последовательно проходит через цилиндрические растровые решетки 4 и 5, диа- 1 1етрально противоположные участки кольцевой растровой решетки диска 2, маски 8 и 9 и попадает на фотоприем НИКИ 10 и J. Элементы 6,4,2,8, 10 и 7,5,2,9,11 образуют два самост6я - тельйых канала формирования сигналов

Поскольку диск 2 вращается с постоянной скоростью, световой поток, достигающий -фотоприемников 10 и П, будет пульсирующим. При неподвижном барабане 1 частота пульсаций светового потока в обоих каналах од-янаков и равна

о--/.

де а)

- период штрихов цилиндрических растровых решеток 4 и 5 и кольцевой растровой решетки диска 2;

V - скорость движения полос

кольцевой растровой решетки диска 2 относительно цилиндрической растровой решетки 4 или 5 в зоне, ограниченной маской 8 или 9,

d

0 J

д - величина угловой скорости

диска 2; d - средний диаметр кольцевой

растровой решетки диска 2

в пределах прорези в маске

8 или 9.

0

5

0

5

Тогда f.

° 2-

Сигналы с фотоприемников 10 и 11, имеющие постоянную и переменную составляющую одинаковой частоты f и разной амплитуды (из-за неидентичности параметров осветителей и фотоприемников) , усиливаются двумя отдельными усилителями 12 и 13 низкой частоты. Электронный коммутатор 14, управляемый опорным генератором 15, пропускает на свой выход поочередно сигнал с усилителя 2 либо с усилителя 13 с частотой fj;, задаваемой опорным генератором 15. Пороговый элемент 16 из переменного напряжения с изменяющейся ступенчато амплитудой и постоянной частотой формирует переменное напряжение прямоугольной фор- ivib ТОЙ же частоты и постоянной амплитуды. После ПОЛОСОВ0ГО фильтра 17 получают синусоидальный сигнал постоянной амплитуда и постоянной частоты. Этот сигнал поступает на частотный детектор 18, на выходе которого получают в данном случае постоян- нов по амплитуде напряжение. Амплитудный детектор 19 вьщеляет огибаю- щую сигнала, поступившего с частотного детектора 18, которая имеет постоянную величину. В этом случае на выходе усилителя 20 низкой частоты будет нулевой Сигнал. На выходе синхронного детектора 21 также будет получен сигнал нулевой амплитуды, а на выходе фильтра низкой частоты - постоянное напряжение, равное 0.

Таким образом, при неподвижном барабане 1 сигнал на выходе измерительного преобразователя равен нулю.

Пусть барабан 1 вращается с угло- вой скоростью iciy,. За счет конструкции измерителя в одном канале движение полос цилиндрической растровой решетки (например, решетки 4) и коль цевой растровой решетки диска 2 будет однонаправленным, а в другом - разнонаправленным. При этом частота пульсаций светового потока на фотоприемнике 10 равна

f YL

где - период полос цилиндрических растровых решеток 4 и 5; V - относительная скорость

кольцевой растровой решетки диска 2 и барабана 1 в зоне, воспринимаемой фотоприемником 10. Частота пульсаций светового потока на фотоприемнике 11 равна . Уг

где Vj, - относительная скорость кольцевой растровой решетки диска 2 и барабана 1 в зоне, воспринимаемой фотоприемни- ком I1.

Величины скоростей V и V определяются выражениями

Ч

d D о Г

V УО - -(xf-,

где сОх измеряемая угловая скорость вала;

D - диаметр барабана I по растровым решеткам 4 и 5; СОд- величина угловой скорости диска 2;

d - средний диаметр кольцевой

растровой решетки диска 2 в пределах прорези в маске 8 или 9, и.

При положительной величине 03 j частота f больше f , а частота f меньше f. При смене направления вращения барабана 1 (и ) частота f. меньше f , а частота f, больше f .Частоты fj и отличаются на величину

Af ,- f, 0,-|. т.е. разность частот пропорциональна

j 10

f5

20

5

о

5

0 5

измеряемой скорости и не зависит от со„.

Сигналы с фотоприемников 10 и 11, имеющие частоты соответственно f и f и в общем случае разную амплитуду, после усилителей 12 и 13 низкой частоты кo Jмyтиpyютcя на вход порогового элемента 16 электронным коммутатором 14, управляемым опорным генератором 15 с частотой f, которая на порядок ниже наименьшей из частот f и f. Этот сигнал пороговым элементом

16преобразуется в чередующиеся пакеты колебаний прямоугольной формы постоянной амплитуды с частотой соответственно f и f2. Полосовой фильтр

17из сигнала каждого пакета,выделяет основную гармонику, имеющую частоты

fJ или 2. Это напряжение поступает на вход частотного детектора 18 с линейной амплитудно-частотной характеристикой во всем диапазоне изменения частот f , и f. На выходе частотного детектора 18 сигнал приобретает амплитудную модуляцию на частоте f с глубиной модуляции, пропорциональ- ной разности частот uf. Этот сигнал поступает на вход амплитудного детектора 19, который вьщеляет огибающую с амплитудой, пропорциональной Jtf.. Чтерез усилитель 20 низкой частоты напряжение частотой f с амплитудой, пропорциональной uf, поступает иа первый вход синхронного детектора 2I, на второй вход которого подается сиг- ал частотой f, с опорного генератора 15. В результате после фильтра 22 низкой частоты получим сигнал в виде постоянного напряжения, пропорциональный величине скорости врааде- ния барабана I, по знаку соответт- . ствуювщий направлению вращения. За счет относительного положения барабана с двумя цилиндрическими растровыми решетками и диска с кольцевой растровой решеткой формируются два сигнала, разность частот которых определяется измеряемой угловой скоростью и не зависит от скорости вра щения вала вспомогательного двигателя.

Ф о р-м ула изобретения

Измеритель скорости вращения вала, содержащий диск с кольцевой растровой решеткой, цилиндрический барабан, соосно связанный с валом.

$

вспомогательный двигатель, два осветителя, попарно согласованные с двумя фотоприемниками, подключенными выходами к устройству обработки сигналов, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности и расширения рабочего диапазона в сторону низких скоростей, осветители и фотоприемники выполнены неподвижными, барабан выполнен с дву-

мя цилиндрическими растровыми решетками, диск с кольцевой растровой решеткой закреплен на валу вспомогательного двигателя, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения барабана и пересекает ее, при этом с двумя фотоприемниками два осветителя согласованы попарно через кольцевую растровую решетку и две цилиндрические растровые решетки

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения знакопеременных угловых скоростей валов. Целью изобретения является повьппение точности и расширение рабочего диапазона в сторону низких скоростей. Устройство содержит 1далиндркческий барабан (Б) 1, связанный с исследуемым валом. На Б 1 размещены две одинаковые цилиндрические растровые решетки (РР) 4 и 5, образованные параллельными штрихами, направленными по образующей Б 1. Над образующей Б 1 расположен диск 2 с кольцевой РР в виде радиальных штрихов ось вращения которого перпендикулярна оси вращения Б . Световой поток от неподвижно закрепленных внутри Б 1 осветителей 6 и 7, пройдя двумя каналами через цилиндрические 4 и 5 и кольцевую РР и маски 8 и 9, поступает на фотоприемники О и 11, подключенные к устройству обработки сигналов. При вращении Б I движение полос цилиндрической и кольцевой РР будет однонаправленным в одном канале и разнонаправленным в другом канале, что приводит к различным частотам пульсаций светового потока в каналах, разность которых пропорциональна измеряемой скорости, 2 ил. с (С

ю

12

(put, г