Датчик углового положения и скорости вращения вала Советский патент 1986 года по МПК G01P3/489 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в,качестве датчика углового положения.и мгновенной скорости вращения вала в точных цифровых системах автоматического управления.

Цель изобретения -. повышение точности измерения в широком динамическом диапазоне угловых скоростей и удобства представления информации при различных направлениях вращения вала.

На чертеже Представлена схема датчика углового положения и скорости вращения вала.

Датчик содержит генератор 1 импульсов, первый регистр 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4, второй счетчик 5, первый счетчик 6,-синхронизатор 7, нуль- орган 8, второй регистр 9, коммутатор 10, третий счетчик 11, третий регистр 12, арифметическое устройство 13, включающее в себя накапливающий сумматор 14, схему 15 сравнения, одновибратор 16, регистр 17, триггер 18, ключ 19 и счетчик -20.

Датчик работает следующим образом.

Первый счетчик 6 выполняет функцию деления частоты генератора 1. Формирователь 3, подключенный к вы ходу старшего разряда счетчика 6, вырабатывает из выходных периодических сигналов счетчика 6 опорные напряжения фазовращателя с частотой f . Первый счетчик 6 работает по

модулю Np, где N - число импульсов, соответствующее полному обороту ротора фазовращателя 4, или периоду Тр опорного напряжения с частотой Гд. Нуль-орган 8 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические сигналы, подготавливающие синхронизатор к выдаче синхроимпульса. Первьш импульс, поступивший с выхода генератора 1 на вход синхронизатора 7, после готовности его к работе запускает синхронизатор 7, и через время, достаточное для завершения переносов в счетчиках, он формирует короткий синхроимпульс, передним фронтом которого происходит перезапись кодов всех трех счетчиков в соотве.тствующие регистры и запускается арифметическое устройство 13. При этом в первом peгиctpe 2 фиксируется код текущего углового

5

0

5

положения вала. Второй 5 и реверсив- ный 11 счетчики вместе с вторьпч 9 и третьим 12 регистрами, коммутатором 10 и арифметическим устройством 13 образуют блок вычисления частоты вращения f,.

Блок работает следующим образом.

После перезаписи кодов второго 5 и реверсивного 11 счетчиков соответственно во второй 9 и третий 12 регистры задним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 происходит обнуление второго 5 и реверсивного 11 счетчиков, после чего указанные счетчики производят подсчет импульсов, поступивших на их счетные входы с генератора 1, причем при появлении сигнала логического о на вьтоде старшего разряда второго счетчика 5 коммутатор 10 подключает выход генератора I к входу реверсивного счетчика 11, соответствующего работе счетчика в режиме вычитания. Второй счетчик 5 работа- ет по модулю 2 N, а реверсивный счетчик 11 - по модулю N.

Таким образом, в момент появления каждого следующего импульса с синхронизатора 7 во втором регистре 9 фиксируется прямой код, соответствующий периоду Т выходного напряжения фазовращателя 4, причем потенциал логического О на выходе старшего разряда второго регистра 9

5 будет соответствовать положительной

частоте вращения вала, а потенци- . ал логической 1 - отрицательной. Реверсивный счетчик 11 к моменту появления каждого следующего

0 синхроимпульса с синхронизатора 7, независимо от направления вращения вала, формирует прямой код разности iT fTo-T/. Осуществляется это следующим образом.

5 После обнуления второго 5 и реверсивного 11 счетчиков последний работает в режиме вычитания и, если Т«;Тд, формирует прямой код разности . Через время, рав0 ное TO, реверсивный счетчик 11 обнуляется, а выход старшего разряда второго счетчика 5, связанный с входом управления коммутатора 10, устанавливается в единичное состояние,

5 вследствие чего коммутатор 10 переключает выход генератора 1 на вход прямого счета реверсивного счетчика 11 и, если , к концу периода на выходах реверсивного счетчика 11

формируется прямой код разности iT Т-Т„.

С выходов второго 9 и третьего 12 регистров прямые коды, соответствующие Т , подаются на инфор- мационные входы арифметического устройства -13, которое запускается передним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 и производит определение значения частоты вращения.

Арифметическое устройство работает следующим образом.

Передним фронтом синхроимпульса с синхронизатора 7 запускается одно вибратор 16. По переднему фронту им пульса с выхода одновибратора 16 происходит обнуление счетчика 20 и накапливающего сумматора 14. Задним фронтом этого же импульса триггер 1 устанавливается в единичное состоя- ние, разрешая TeN5 самым прохождение импульсов с генератора 1 через ключ 19 на счетный вход счетчика 20 и тактовьй вход накапливакщего сумматора 14. Таким образом на выходе накапливающего сумматора 14 присутствует код числа, равньй , где N - число, соответствующее периоду Т выходной частоты фазовращателя 4, an - число импульсов, поступивпшх с генератора 1 на тактовый вход накапливающего сумматора 14.

Разрядность накапливающего сумматора 14 определяется разрядностью второго счетчика 5 датчика. Так как второй счетчик 5 работает по модулю 2 N, выражение для максимального числа на выходе накапливающего сумматора 1 3

,-2 ,-2

п

N, маце N

-о NO NO

макс

2N:

.2

Выходы старщих разрядов накапливающего сумматора 14, работающего по модулю Np, подключены к входам схемы 55 сравнения, работающей по модулю NJJ , втсрые входы которой соединены с выходами третьего регистра 12 датчика, на которых фиксируется код разности i,T /To-T/. Съем информации с выходов старших разрядов накапли Бающего сумматора 13 эквивалентен делению числа, присутствующего на его выходах, на число Ng. Таким образом на выходе схемы 15 сравнения

-

появляется импульс при вьшолнении условия

i п.

- 5 тне10

а-- 15 18 20 2530 ю 35

40

о250

55

Отсюда видно, что число импульсов п , поступивпшх с генератора 1 на тактовый вход накапливающего сумматора 14 и счетный вход счетчика 20 к моменту срабатывания схемы 15, пропорционально частоте вращения вала.

Передним фронтом импульса с выхода схемы 15 сравнения триггер I8 переводится в нулевое состояние, запрещая тем самым дальнейшее прохождение импульсов с генератора 1 через ключ 19, и производится перезапись кода, соответствующего частоте вр Ащения вала с выходов счетчика 20 в регистр 17.

Формула изобретения

1. Датчик углового положения и скорости вращения вала, содержащий генератор импульсов, первый счетчик, второй счетчик, первый и второй регистры, формирователь опорных сигналов, фазовращатель и нуль-орган, причем выход генератора импульсов подключен к счетному входу первого счетчика, выход старшего разряда которого через формирователь опорных сигналов соединен с входом фазовращателя, выход которого подключен к выходу нуль-органа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в широком динамическом диапазоне угловых скоростей и удобства представления информации при различных направлениях вращения вала, в датчик введены синхронизатор, коммутатор, реверсивный счетчик, третий регистр и арифметическое устройство, причем выходы первого и второго счетчиков соединены с информационными входами первого и второго регистров соответственно, входы разрешения записи кото- рьк объединены с аналогичным входом третьего регистра, входами сброса второго и реверсивного счетчиков, одним из входов арифметического устройства и выходом синхронизатора, первый вход последнего соединен с выходом нуль-о ргана, а второй вход объединен с выходом генератора,вторым входом арифметического устройства, счетным входом второго счетчика и входом коммутатора, вход управления последнего подключен к старшему разряду второго счетчика, а выходы подсоединены к счетным входам реверсивного счетчика, выходы которого через третий регистр подключены к соответствукядим информационным входам арифметического устройства,а другие информационные входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра,

2, Датчик по п. 1, отличающийся тем, что ари4я4етическо устройство выполнено в виде накапливающего сумматора, к информационным входам которого подключены выходы второго регистра датчика, а тактовый вход объединен со счетным входом

Редактор А.Шандор Заказ 6828/41

Составитель А.Чистяков Техред Н.Глущенко

Корректор В

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

. Прриэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул..Проектная, 4

счетчика и выходом ключа, вход упраы ления последнего соединен с выходом триггера, один из входов которого объединен с выходом одновибратора и входами сброса сумматора и счетчика, выходы последнего подключены к соответствующим информационным входам регистра, вход разрешения записи которого объединен с вторым входом триггера и выходом схемы сравнения, одни входы которой подключены к старшим разрядам выходов сумматора, а вторые соединены с соответст- . вующими выходами третьего регистра датчика.

Корректор В.Бутяга

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения- повышение точности измерений в иги- роком динамическом диапазоне угловых скоростей и удобства представления информации при различных.направлениях вращения вала. Устр-во содержит генератор 1 импульсов, счетчики 5 и 6, регистры 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4 и нуль-орган 8. Введены синffffif угла I 1 I .хронизатор 7, коммутатор 10, счетчик 11, регистр 12, арифметическое устр- во 13,. Устр-во преобразует фазовьш сдвиг выходного напряжения фазовращателя 4, на вход которого подаются опорные напряжения, сформированные цепочкой генератора 1 импульсов - счетчик 6 - формирователь 3 опорных сигналов, в код текущего углового положения вала, а приращение фазового сдвига - в код угловой скорости, причем введение в устр-во коммутатора 10, счетчика 11 и регистра 12 позволяет получать информацию об угловой скорости вращения вала в прямом коде независимо от направления вращения. Арифметическое устр-во 13, включающее в себя накапливающий сумматор 14, схему 15 сравнения, одновибратор 16, регистр 17, триггер 18, ключ 19 и счетчик 20,производит операции деления .и умножения, необходимые для линеаризации выходной характеристики устр-ва по скорости. 1 з.п. ф-лы, ил. i (Л ч 00 к сх