Устройство для измерения скорости и пути Советский патент 1987 года по МПК G01P3/46 G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости и пути пройденного локомотивом.

Цель изобретения - повышение надежности и помехоустойчивости работы устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения скорости и пyтиj пройденного локомотивом; на фиг.2 - то же, принципиальная схема; на фиг.З - диаграмма, поясняющая его работу.

Устройство содержит последовательно соединенные оптронный датчик 1, генератор 2 прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью, формирователь 3 с нагрузочным элементом 4, конденсатор 5, размещенные в корпусе датчика и соединенные двухпроводной линией 6 связи с .конденсатором 7, входом регистратора 8 и источником питания Еп через резистор 9.

Устройство работает следующим образом.

При вращении колесной пары осевой модулятор оптронного датчика 1, вы- полненньш в виде зубчатого.вращающегося диска, периодически перекрывает путь света от излучателя к фотоприемнику и модулирует световой поток в области инфракрасного спектра в зависимости от скорости врап1ения колесной пары локомотива. Кроме того, световой поток модулируется на высокой частоте по цепи питания излучателя (световода V 1) в зависимости от частоты импульсов генератора 2, скважность которых регулируется выходным сигналам фотоприемника (фотодиода V 2). В результате внешней и внутренней модуляции светового потока на выходе оптронного датчика 1 формируется последовательность коротких импульсов высокой частоты, модулированных по амплитуде импульсами низкой частоты, прямо пропорциональной скорости вращения колесной пары. Генератор прямоугольных импульсов при закрытом оптическом канале формирует последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых равна двум, формирователь 3 осуществляет коммутацию тока нагрузочным элементом 4. Конденсатор 5 обеспечивает сглаживание пульсации тока в линии свя.зи 5, а среднее значение тока нагрузочного элемента 4,

5

0

5

0

5

0

5

0

5

потребляемого от источника питания Е;, через резистор 9, зависит от скважности импульсов и для рассматриваемо-, го случая равно половине амплитудного.

Падение напряжения на резисторе 9, . пропорциональное среднему значению тока нагрузочного элемента 4, подается на вход регистратора 8, который обеспечивает сравнение входного напряжения с опорнымi Для защиты устройства от воздействия помех на входе регистратора 8 параллельно линии 6 связи включен конденсатор 7, а срав- нение сигналов регистратором 8 осуществляется с гистерезисом, что исключает срабатывание схемы сравнения от пульсаций напряжения на резисторе 9, создаваемых импульсами тока нагрузочного элемента 4 на частоте генератора 2.

При открытом оптическом канале оптронного датчика 1 генератор 2 прямоугольных импульсов формирует последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых составляет несколько десятков, формирователь 3 обеспечивает коммутацию коротких по времени импульсов тока. Длительность этих импульсов значительно меньше периода, поэтому среднее значение тока нагрузочного элемента 4, потребляемого от источника питания ЕП через резистор 9,, практически равно нулю и напряжение на входе регистратора увеличивается в несколько раз по сравнению с вариантом закрытого оптического канала, что сопровождается переключением схемы сравнения на входе регистратора (операционный усилитель А 2 на фиг.2), Таким образом, на выходе регистратора 8 формируется последовательность прямоугольных импульсов с частотой внешней модуляции светового потока оптронного датчика 1, пропорциональной скорости вращения колесной пары.

Принципиальная схема предлагаемого устройства для измерения скорости и пути, пройденного локомотивом, приведена на фиг,2. В корпусе датчика размещены оптронный датчик, выполнен- ньй на светодиоде V 1, например, инфракрасного спектра и фотодиоде V 2 типа; генератор прямоугольных им- nyjibcoB с регулируемой скважностью, реализованный- на операционном усилителе А 1, резисторах R 1 - R4 и конденсаторе С1; формирователь импульсов, выполненный

3

на

1

3.

транзисторе V резисторах R 5, R 6 с нагрузочным элементом R 7; конденсатор С 2, включенный параллельно линии связи. В регистраторе размещены: схема сравнения на операционном усилителе А 2 и резисторах R 9 - R 11; нагрузочное сопротивление R 8; конденсатор С 3, включенный параллельно линии связи.

Схема работает следующим образом.

При закрытом оптическом канале, когда осевой модулятор перекрывает световой поток от светодиода V 1 к фотодиоду, обратное сопротивление фотодиода V 2 составляет несколько десятков мОм, так как его темновой ток составляет малую величину. При этом генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе А 1 обеспечивает скважность импульсов, равную двум. Частота этих импульсов определяется выражением

1

f

2R4C, In (1 + 2R2/R3)

Выход операционного усилителя А 1 подключен к входу формирователя импульсов на транзисторе V 3 с нагрузочным элементом R 7. В цепь формирователя импульсов включен светодиод V 1, поэтому питание светодиода осуществляется импульсами тока I,(фиг.З), которых равна двум, а средскважностьнее значение

тока 1, протекающего

в линии связи, принимает максимальное значение. При этом падение напряжения на резисторе R 8 принимает максимальное значение, а напряжение U на инверсном входе операционного усилителя А2 регистратора принимает минимальное значение, которое меньше опорного Ua, поданного на прямой вход операционного усилителя А2 с делителя R9, R 10. Поэтому напряжение

на выходе регистратора Ugp, принимает, датчиком от источника питания, снимаксимальное значение.

В интервале времени t, - t,, (фиг.З) показан процесс открьшания оптического канала осевым модулятором. В этом

жается за счет питания оптронного датчика импульсами регулируемой скважности и тем самым повышается надежность устройства. Введение послучае происходит резкое уменьшение . ложительной обратной связи по оптическому каналу и двух конденсаторов, включенных с обеих сторон двухпроводной линии связи, значительно повышает помехоустойчивость устройстратного сопротивления фотодиода V2 под воздействием импульсов светового потока, что сопровождается значительным изменением скважности генерируемых

операционным усилителем А1 импульсов,г ва, что особенно важно при

так как конденсатор С1 заряжается в паузе светового потока через резистор R4 большой величины, а разряжается при воздействии светового потока

тельном удалении оптронного установленного на буксе кол ры локомотива, от регистрат мещенного в кабине машинист

1296939

JO

),

на фотодиод V2 через его обратное сопротивление малой .величины. Б процессе открьгоания оптического канала происходит уменьшение обратного сопротивления фотодиода V2,. уменьшение длительности импульсов тока 1, протекающего через нагрузочный элемент R7 и светодиод VI, уменьшение среднего значения тока Ig в линии связи, увеличение напряжения U на входе регистратора и в момент времени t

напряжение И на инверсном входе

ср опеja 1 прямом входе этого что сопровожд ается перерационного усилителя А2 превьшает напряжение Ua на

15 усилителя,

ключением схемы сравнения и на ее вькоде устанавливается низкий потенциал. Для реализации гистерезисной характеристики сравнения напряжений

20 ; иИа в цепь положительной обратной связи операционного усилителя А2 включен резистор R11, который обеспечивает изменение напряжения Ua в зависимости от напряжения Ug, ii тем

25 самым исключает возможность срабатывания операционного усилителя А2 от пульсаций напряжения U. Таким образом, операционный усилитель А2 формирует последовательность прямоуголь30 ных импульсов на частоте модуляции светового потока от осевого модулятора. Поскольку осевой модулятор имеет фиксированное число зубьев, то за один оборот колесной пары на выходе

35 операционного усилителя А2 формируется такое же число импульсов. Суммированием этих импульсов обеспечивается измерение пройденного локомотивом пути, а преобразованием часто40 ты импульсов в пропорциональную частоте величину осуществляется измере- ние скорости.

Мощность, потребляемая оптронным

жается за счет питания оптронного датчика импульсами регулируемой скважности и тем самым повышается надежность устройства. Введение позначительном удалении оптронного датчика, установленного на буксе колесной пары локомотива, от регистратора, размещенного в кабине машиниста.

Формула изобретения Устройство для измерения скорости и пути, содержащее оптронный датчик, выход которого через преобразователь подключен к формирователю импульсов с резистором нагрузки, двупроводная линия связи, включенная между формирователем и регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности по помехоустой 1296939 6

чивости, в него введены два конденсатора, включенные на входе и выходе двупроводной линии, а преобразователь выполнен в виде- генератора пря- 5 моугольных импульсов с регулируемой скважностью, при этом вход оптопары подключен к выходу формирователя, а вь1ход оптопары - к входу управления скважностью генератора прямо- 10 угольных импульсов.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение надежности и помехоустойчивости работы устройства. На выходе регистратора 8 формируется последовательность прямоугольных импульсов с частотой внешней модуляции светового потока оптронного датчика 1 (ОД), пропорциональной скорости вращения колесной пары. Поскольку осевой модулятор ОД 1 имеет фиксированное число зубьев, то за один оборот колесной пары на выходе регистратора 8 формируется такое же число импульсов. Суммированием этих импульсов обеспечивается измерение пройденного локомотивом пути, а преобразованием частоты импульсов в пропорциональную частоте величину осуществляется измерение скорости. Мощность, потребляемая ОД 1 от источника питания, снижается за счет питания ОД 1 импульсами регулируемой скважности, повьшая тем самым надежность устройства. Введение положительной обратной связи по оптическому каналу и двух конденсаторов по обеим сторонам двухполупровод- ной линии связи повьшает помехоустойчивость устройства. 3 ил.

ивых

/

Ug U8,,x.

- - - - -..--. I

rLn nnnnJul

ittfo z

qffi/e.3

Составитель Ю.Мручко Редактор Н.Киштулинец Техред Л.Олейник Корректор О.Луговая

Заказ 771/46

Тираж 777 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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