Устройство для измерения параметров движения объектов Советский патент 1986 года по МПК G01P3/36 G01P15/93 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измс;рен:ия перемещения, скорости и ускорен:ия объекто.в при поступательном движении,

Цель изобретения - уменьшение погрешности и повьипенне быстродействия измерения за счет автоматизат ии процесса измерения фазной скорости и ускорения движения объектов.

На фиг,1 представлена структ фная схема устройства для измерения параметров движения объектов, на фиг.2 расположение фототранзисторов относительно движущихся объектов,; на фиг.З - эпюры напряжений; на фиг.4 вольт-амперная характеристика фототранзисторов при заданной частоте f напря;кения U генератора гармогшческого напряжения, Устройство содержит п фототранзисторов 1-bj (выполняющих функции фотоприеммиков, Эм1-1ттеры нечетных фототранзисторов, 1,3 и 5., базы всех фототранзисторов 1-6 через соответствуюище конденсаторы 7-12 объединены и подключены к выходу генератора 13 гармонического напряжения.

Коллектор транзистора 1 я его база через конденсатор 14 объединены и через резистор 15 нагрузки соединены с общей шиной. База транзистора 1 через резистор 16 соединена

с первой шиной сброса ЭВМ t

Элемент на фототранзисторе 1 образуется двухстабильное фоторадиочастотное запоминающее устройство (ДФРЗУ) 17, выполняющее роль первой фотосчитывающей ячейки. Эмиттеры четных фототранзисторов 2,456 и коллекторы нечетных фототранзисторов 3 и 5 через соответствуюш;ие резисторы 18-22j базы всех фототранэисторов через соответствующие конденсаторы 23-2.1 объединены и через ре-.зистор 28 нагрузки соединены с общей шиной. Базы всех фототранзисторов 2-6 через соответствующие резисторы объединены на второй шине сброса .ЭВМ. Элементы на фототранзисторах 2-6 образуют многостабильное фоторадиочастотное запоминающее устройство (МФРЗУ) 34,

Объединенная шина резистора 28 подключена через диоды 35 и 36 к первому 37 и второму 38 счетш кам, причем вход второго счетчика 38 подключен через инвертор 39 Р; диоду

36. Вход второго счетчика 38 подключен к первому входу схемы ИЛИ 40,выход которой соединен с R-входом триггера 41. Вход триггера 41 подключен

через диод 42 к входу счетчика 37 и через диод 43 к коллектору фототранзистора 1. Выход триггера 41 соединен с входом счетчика 44 и микроЭВМ 45. Микроэвм 45 соединена с терминалами: устройствами 46 и 47 ввода информации. Шины 48-53 сброса подключены к входам сброса счетчиков 37, 38 и 44, к резистору 16, резисторам ,второму входу схемы ИЛИ 40.

Выходы триггера 41 счетчиков 37, 38 и 44 через линии 54-57 соединены с микроэвм 45. К входам счетчиков 37 и 38 подключены соответственно S- и R-входы т-риггера 58, а его выход 59 соединен с микроЭВМ 45.

При измерении параметров поступательного движения перемещения числа объектов 60 и 61,, частоты прохождения, скорости и ускорения фототранзисторов 1-6, где п - число фототранзисторов , располагаются вдоль трассы движения объектов 60 и 61.Фототранзистор 1 располагается в начале трассы длиной (п-1) L, а фототранзисторы 2-6 - на равных расстояниях L один относительно другого и фото- транзистора 1, При этом (п-1)/Ь (фиг.2).

Вольтамнерная характеристика фототранзистора при питании переменным током высокой частоты имеет S-образньш характер изменения (фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

Предварительно осуществляют общий сброс всех элементов по всем иинам сброса. При попадании светового потока 9 от движущегося объекта на фототранзистор 1 его вольт-амперная

характеристика с смещается влево

(фиг.4, кривая Q). Когда характеристика q становится левее точки Uj, происходит скачкообразный переход рабочей точки 62., соответствующий напрял ению U кривой а в точку 63. Ток I

,5 через фоторезистор 1 скачком

1.5 возрастает

до

а напряжение

2

на фототранзисторе уменьшается и становится меньше U,.

Когда световой поток от объекта, попадающий на фототранзистор 1, становится равным нулю, характеристика а сдвигается вправо (кривая q ),

3

Рабочая точка переходит из точки 63 в точку 64. Через фототранзистор 1 и сопротивление резистора 15 нагрузки протекает ток Х, I резисторе действует напряжение U, положительной полярности с переменной составляющей частоты f. Через диоды 43 и 42 импульсы поступают на вход счетчика 37 и начинается их счет (фиг.За).

Первый импульс последовательности устанавливает триггеры 41 и 58 в единичное состояние. Передний фронт импульса по шине 59 (фиг.Зг) вызывает считывание содержимого счетчика 38 по шинам 56 в память ЭВМ 46 и затем его сброс по шине 49.

Счетчик 37 производит счет импульсов, число которых пропорционально временному интервалу t) (фиг.За). Кроме того, положительный перепад напряжения с выхода триггера 41 (фиг.За) вызывает запись единицы в счетчик 44, фиксирующий момент засветки фототранзистора 1. В результате в счетчике 44 фиксируется либо число импульсов, пропорциональное числу оборотов, либо число объектов 60 и 61 прошедших вдоль трассы измерения. По шине 54 ЭВМ фиксирует на,чало кадра измерения.

Когда световой поток попадает на следующий фототранзистор 2, происходит его открывание и переход рабочей точки из точки 62 в точку 65. Аналогично через .фототранзистор 2 , протекает ток I2g затем при нулевом световом потоке ток I2g характеристика Ь сдвигается вправо (Ь) и для него рабочая точка переходит из точки 65 в точку 66. Ток создает напряжение отрицательной полярности (фиг.3&). Через диод 36 и инвертор 39 импульсы поступают на счетчик 36, где начинается их счет. Первый импульс с выхода 39 возвращает триггеры 41 и 58 в исходное состояние. Отрицательный перепад напряжения с выхода 41 вызывает по шине 51 сброса запирание транзистора 1 импульсом, формируемым в ЭВМ, и напряжение Uij. 0.

Отрицательный перепад с выхода триггера 58 вызывает по шине 59 считывание содержимого счетчика 37,в видедвоичного числа, соответствующего t2, по информационной шине 55 в память ЭВМ 45 и затем его сброс

752904

по шине 48. Во время счета импульсов счетчиком 38 счет импульсов счетчиком, 37 отсутствует, так как отрицательные счетные импульсы не 5 проходят через диод 35.

Когда световой поток попадает на следующий фототранзистор 3, это вызывает его отпирание, перемещение кривой а влево а и увеличение тока 10 до значения 1. Напряжение на фототранзисторе уменьшается. При этом фототранзистор 2 запирается, ч

Когда световой поток, падающий на фототранзистор 3, становится равным 15 нулю (), характеристика а сдвигается вправо (а). Рабочая точка переходит из точки 63 в точку 64.Через фототранзистор 3 и сопротивление 28 нагрузки протекает ток 2 20 резисторе действуетнапряжение положительной полярности (фиг.35) .Через диод 35 импульсы поступают на вход счетчика 37 и начинается их счет, Первый импульс последовательности

25 снова устанавливает триггер 58 в единичное состояние, передний фронт которого по шине 59 (фиг.Зг) вызывает считывание содержимого счетчика 38, соответствующего времени tj, в па30 мять ЭВМ и его сброс по шине 49.

При дальнейшем поочередном совещании фототранзисторов производится поочередное изменение состояний счетчиков 37 и 38, соответствующих вели5 чинам t,, ,..., и их запоминание в ЭВМ, а также счет числа засветок ототранзистора 1 счетчиком 44, Число импульсов, записанное в счетчик 43, пропорционально числу проходящих

0 вдоль трассы объектов.

При измерении параметров поступательного движения в соответствии с программой ЭВМ 45 по хранящимся в ее памяти измеренным с помощью счетчи5 ков 37, 38 и 44 временных интервалов t,, t, t,... и числа проходящих объектов 60 и 61, равного N gвеличины L расстояния между фототранзис. торами 1-3, производится измерение

0 скорости движения каждого объекта на каждом участке. При измерении средней скорости на участке (n-1)L подсчитывается скорость на каждом L участке, а затем делится на число

5 участков. Это дает возможность измерять среднее значение скорости с большей точностью. Число объектов, отнесенное к измеренному времени между срабатываниями первой фотосчитывающей ячейки на фототраизисторе 1, дает величину частоты прохождения объектов. Предлагаемое устройство позволяет измерить ускорение каждого объекта 60 и 61 на равных участках пути L. В этом случае на каждом участке L подсчитывается приращение скорости в единицу времени. Кроме того, устройство позволяет измерять параметры вращательного дви жения при расположении фототранзисторов вокруг вращающегося тела с од ним отражающим элементом. При этом вычисляется угловая скорость, ее среднее значение, угловое-ускорение число оборотов. Формула изобретения Устройство для измерения парамет ров движения объектов, содержащее первую фотосчитывающуга ячейку„функциональньй преобразователь, состоящий из микроэвм с терминалами„соединенной с тремя счетчиками, причем фотосчитывающая ячейка соединена с генератором гармонического напряжения и через первый диод - с З-входом первого триггера, инвертор соединен с иходом второго счетчика, по ключенного через элемент ИЛИ к Rвходу триггера, соединенного выходо с входом третьего счетчика и микроЭВМ, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности и повьшения быстродействия, оно снабжено вторым RS- триггером, двумя диодами и второй фотосчитывающей ячейкой, выполненной в виде многостабильного фоторадиочастотного запоминающего устройства, состоящего из 2 (п-1)-конденсаторов5 п-резисторов и (п-1)-фототранзисторов, расположенных за первым фототранзистором, причем коллекторы четных фототранзисторов и эмиттеры нечетных, а также базы всех фототранзисторов через соответствующие конденсаторы объединены и подключены к выходу генератора гармонического напряжения кроме того, базы всех транзисторов через соответствующие резисторы объединены и соединены с шиной сброса,эмиттеры четных и коллекторы нечетных фототранзисторов через соответствующие конденсаторы объединены и через резистор нагрузки соединены с общей шиной, резистор нагрузки соединен с анодом втррого и катодом третьего диодов, катод второго диода подключен к входу первого счетчика и катоду четвертого диода, анод последнего - к S-входу первого триггера, S-вход второго триггера подключен к входу первого счетчика и его Rвход - к входу второго счетчика.

4S

Vu.2