Устройство для измерения ускорения вращения Советский патент 1987 года по МПК G01P15/08 

1 .13

Изобретение относится к цифровой ехнике измерения параметров движеия (например, ускорения объектов, скорость вращения которых представяется частотой гармонического сигнала) и может быть использовано при разработке цифровых измерителей маых знакопеременных ускорений вращения с представлением результатов измерений непосредственно в единицах скорения.

Цель изобретения - измерение .маых знакопеременных ускорений и представление результатов измерения непосредственно в единицах ускорения. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства на фиг, 2 - пример выполнения блока управления-, на фиг. 3 - пример вьшолнения формирователя заданного отрезка врем€;ни; на фиг. 4 - упрощенный временной график, поясняющий измерение ускорения-, на фиг, 5 - временная диаграмма работы устройства в режиме измерения ускорения при 0; на фиг. 6 - то же, при Е О, на фиг. 7 - то же, при О.

Устройство содержит частотный датчик 1 частоты вращения входной формирователь 2 меандровых импульсов, генератор 3 образцовой частоты, блок 4 управления, первый 5 и второй 6 реверсивные счетчики, масштабирующий делитель 7, формирователь 8 заданного отрезка времени, регистр 9 памяти, форъдарователь 10 импульса сброса, блок 11 цифрового отсчетно- го устройства в составе блока 12 индикаторов, регистра 13 памяти и счетчика 14 результата измерения, 15-44 входы и выходы блоков. Блок 4 управления содержит элементы И-НЕ 45-53, одновибраторы 54-56, D-триггеры 57-63, элемент ИЛИ 64.

Формирователь 8 заданного отрезка времени содержит элементы И-НЕ 65 и 66 и D-триггер 67.

На фиг. 4 изображены: 1. Режим суммирования импульсов изменяемой частоты f на первом временном интервале t и режим вычитания из суммы импульсов этой частоты, на втором временном интервале t. Указаны режимы вычитания, когда

t. t

2

и t , t

22. Режимы суммирования и вычитания на временных интервалах t и t импульсов генератора образцовой частоты f J,. Указан остаток вычитания

07312

суммы dN(j при Е 7 О и остаток второго суммирования дМр при .

3.Режим умножения при 0.

4.Режим умножения при Е 0.

5 5. Количество масштабированных им- пуль сов Nj, равное измеренному ускорению , поступившее в отсчетное устройство за время t , умножения.

6. Количество масштабированных o импульсов NC , равное измеренному ускорению , поступившее в отсчетное устройство за время t, умножения. На фиг. 5 изображены:

1.Последовательность импульсов 5 измеряемой частоты fj, на выходе формирователя 2.

2.Импульс сброса на выходе формирователя 10,

3.Последовательность сигналов 20 на выходе 40 формирователя 8.

4.Последовательность импульсов измеряемой частоты на вых-оде 24 блока 4 управления.

5.Последовательность сигналов - на прямом выходе триггера 60.

6.Последовательность импульсов генератора образцовой частоты на выходе 22 блока - управления,

7.Последовательность сигналов

30

на прямом выходе триггера 62.

8.Последовательность импульсов на выходе 25 блока 4 управления.

9.Последовательность импульсов измеряемой частоты на выходе 23 бло35 ка 4 управления.

10.Последовательность сигналов на прямом выходе триггера 58.

11.Последовательность импульсов генератора образцовой частоты на вы40 ходе 21. блока 4 управления.

12.Последовательность импульсов на выходах 29 и 33 соответственно счетчиков 5 и 6.

13.Последовательность сигналов 45 на прямом выходе триггера 63.

14.Последовательность импульсов на выходе 26 блока 4 управления.

На фиг. 6 изображены: 1-10. Последовательность импуль- 50 сов на выходах, аналогичных фиг.5. Н 9-й позиции дополнительно указана последовательность импульсов генератор образцовой частоты на выходе элемента 52 в режиме умножения. 55 11. Остаток & Np вычитания суммь импульсов No2 счетчика 5.

12. Последовательность сигналов на прямом выходе триггера 59.

13 . Последовательность импульсов на выходе 33 счетчика 6.

14.Последовательность импульсов генератора образцовой частоты на выходе 28 блока 4 управления.

15.Последовательность сигналов на прямом выходе триггера 57 (триггере знака).

16. Последовател1 ность импульсов на выходе 29 счетчика 5.

17. Последовательность сигналов на прямом выходе триггера 61 .

18. Последовательность сигналов на прямом выходе триггера 63.

19. Последовательность импульсов на выходе 26 блока 4 управления.

На фиг. 7 обозначены на всех позициях последовательность импульсов на выходах, аналогичных фиг. 6. На позиции 6 дополнительно указан остаток /iN второг о суммирования счетчика 5 в момент обнуления счетчика 6.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от режима вращения контролируемого объекта возможны три режима измерения устройством, когда ускорения вращения соответственно равны О, Е 7 О или . О, В пер60 (позиция 5 на фиг. 5) в единичное состояние, открывает элемент 47 и разрешает прохождение импульсов генератора 3 образцовой частоты че5 рез вход 19 блока 4 управления и открытые элементы И-НЕ 47 и 50 (позиция 6 на фиг. 5) на суммирующий вход счетчика 5. С этого момента времени начинается отсчет заданного времени

0 tj. Когда в счетчик 5 поступит N им- пульсов, определяющих длительность tj, на выходе 40 формирователя 8 образуется единичный сигнал (позиция 3 на.,фиг. 5), который подается на

5 D-вход триггера 62. Этот триггер установится в единичное состояние только при поступлении очередного фронта импульса с выхода элемента И-НЕ 53. Таким образом, на суммирующий вход

20 счетчика 6 поступит целое число периодов Tjf измеряемой частоты.

С установкой в единичное состояние триггера 62 одновибратором 55 (позиция 8 на фиг. 5) вырабатывается

сигнал, который поступает на вход 35 регистра 9 памяти и записывает в него содержимое NX-,суммы счетчика 6. Закрывается элемент И-НЕ 53, устанавливается в единичное состояние тригвом релотме измерения ускорение враще- 0 гер 61, закрывая элемент И-НЕ 50. ния отсутствует (t 2 о втором . Импульсы измеряемой частоты через режиме измерения измеряемое ускоре- вход 18 блока 4 управления, открытые ние имеет положительный знак (t, t элементы И-НЕ 49 и 52 (позиция 9 на а в третьем - отрицательный знак фиг. 5) начнут поступать на вычитаю35 пщй вход счетчика 6. Первым фронтом импульса с выхода элемента И-НЕ 52 опрокинется триггер 58 и импульсы генератора 3 образцовой частоты через вход 19 блока 4, элементы И-НЕ 47 и 0 51 (позиция 11 на фиг. 5) начнут пос (t t2) .

В начале работы сигнал Пуск поступает на вход 30 формирователя 10 импульса сброса. На выходе 43 формирователя 10 формируется импульс сброса, который поступает на вход 20 блока 4 управления (фиг, 2) и вход формирователя 8 (фиг. 3) и устанавливает все триггеры в исходное положение, обнуляет реверсивные счетчики 5 и 6, масштабирующий делитель 7 и счетчик 14 результата измерения. С установкой триггеров блока 4 управления в исходное положение разрешающий потенциал с инверсного выхода триггера 62 поступает на первый вход элемента И-НЕ 53. Через открытый элемент И-НЕ 53 импульсы измеряемой частоты fx, сформированные формирователем 2, начнут поступать на суммирующий вход второго счетчика 6. Передний фронт первого импульса измеряемой частоты с выхода элемента И-НЕ 53, устанавливая триггер

45

тупать на вход вычитания счетчика 5. I

Режим вычитания продолжается до обнуления счетчиков 5 и 6 (позиция 12 на фиг. 5). Если ускорение вращения отсутствует, то время t первого смежного интервала равно времени t2 второго смежного интервала и на выходах 29 и 33 обратного переноса

Q счетчиков 5 и 6 одновременно формируются импульсы обнуления счетчиков. Эти импульсы через входы 16 и 15 блока 4 управления установят в единичное состояние соответственно триггеры

55 63 и 59 (позиция 13 на фиг. 5). При этом закрываются элементы И-НЕ 51 и 52, а одновибратором 56 (позиция 14 на фиг. 5) формируется импульс записи содержимого счетчика 14 результата

60 (позиция 5 на фиг. 5) в единичное состояние, открывает элемент 47 и разрешает прохождение импульсов генератора 3 образцовой частоты через вход 19 блока 4 управления и открытые элементы И-НЕ 47 и 50 (позиция 6 на фиг. 5) на суммирующий вход счетчика 5. С этого момента времени начинается отсчет заданного времени

tj. Когда в счетчик 5 поступит N им- . пульсов, определяющих длительность tj, на выходе 40 формирователя 8 образуется единичный сигнал (позиция 3 на.,фиг. 5), который подается на

D-вход триггера 62. Этот триггер установится в единичное состояние только при поступлении очередного фронта импульса с выхода элемента И-НЕ 53. Таким образом, на суммирующий вход

счетчика 6 поступит целое число периодов Tjf измеряемой частоты.

С установкой в единичное состояние триггера 62 одновибратором 55 (позиция 8 на фиг. 5) вырабатывается

сигнал, который поступает на вход 35 регистра 9 памяти и записывает в него содержимое NX-,суммы счетчика 6. Закрывается элемент И-НЕ 53, устанавливается в единичное состояние триг5

тупать на вход вычитания счетчика 5. I

Режим вычитания продолжается до обнуления счетчиков 5 и 6 (позиция 12 на фиг. 5). Если ускорение вращения отсутствует, то время t первого смежного интервала равно времени t2 второго смежного интервала и на выходах 29 и 33 обратного переноса

Q счетчиков 5 и 6 одновременно формируются импульсы обнуления счетчиков. Эти импульсы через входы 16 и 15 блока 4 управления установят в единичное состояние соответственно триггеры

5 63 и 59 (позиция 13 на фиг. 5). При этом закрываются элементы И-НЕ 51 и 52, а одновибратором 56 (позиция 14 на фиг. 5) формируется импульс записи содержимого счетчика 14 результата

5 13

измерения в регистр 13 памяти. По входу 42 этот импульс поступает в фомирователь 10, где (от заднего фронта импульса записи) формируется импульс сброса. С выхода 43 импульс сброса поступает на установочные входы счетчиков и триггеров устройства, устанавлирает их в нулевое состояние и подготавливает устройство к очередному циклу измерения.

Для второго и третьего режимов измерения устройством формирование первого и второго временных интервалов аналогичны формированию этих-- временных интерв.алов в первом режиме измерения ( 0).

Во втором режиме измерения (8 0 первым обнуляется счетчик 6. На его выходе 33 появляется (позиция 12 на фиг. 6) импульс, который поступает на вход 34 регистра 9 памяти и переписывает его содержимое счетчик 6. Через вход 15 блока 4 и открытый триггером 61 элемент И-НЕ 45 устанавливает в единичное состояние триггер 57 (позиция 15 на фиг. 6). Одновременно этим же импульсом устанавливается в единичное состояние и триггер 59 (позиция 13 на фиг. 6) который, закрывая элементы И-НЕ 47 и 49, прекращает поступление импульсов измеряемой частоты и образцовой частоты на вычитающие входы соответственно счетчиков 5 и 6. В счетчике. 5 останется лЫд (позиция 11 на фиг.6) импульсов. Одновибратор 54 не сформирует импульс от переднего фронта этого импульса обнуления счетчика 6, так как закрыт триггером 59.

Единичное состояние триггера 57 указывает на то, что измеряемое ус- корение имеет положительный знак. . Сигнал с- прямого выхода этого триггера поступит через выход 27 блока 4 на вход 68 регистра 13 памяти.

Через открытые элементы И-НЕ 48 и 52 импульсы генератора 3 образцовой частоты начнут поступать на вычитающий вход счетчика 6. Одновременно эти импульсы через выход 28 блока 4 постзгпят на вход масштабирующего делителя 7 (позиция 14 на фиг. 6) и поделенные им в К,,, раз (частота f на выходе делителя ) поступят на вход 41 счетчика 14 резуль- тата измерения. Счетчик 6 обнулится импульсами генератора 3 и импульс обнуления с выхода 33 (позиция 12 на фиг. 6 , второй слева импульс) опять

15

0

25

5О

30

перепишет содержимое N регистра 9 памяти в счетчик 6. Одновременно он поступит через вход 15 блока 4 на вход одновибратора 54 и сформирован- ньй им имп5 льс (Одновибратор открыт триггером 59) через открытый элемент И-НЕ 51 вычтет из содержимого ЛNp счетчика 5 один импульс. Следующий сигнал обнуления счетчика 6 вычитает из содержимого aNo - 1 еще один импульс. В счетчик 6 опять переписывается содержимое NXI регистра 9 памя-- ти. Содержимое N,j,, счетчика 6 вьгчита- ется импульсами генератора 3 и импульс обнуления вычитает из содержимого U.NO - 2 еще один импульс. Такое дЫо кратное суммирование числа NJf, заменяет режим умножения числа dN на число NJ и продолжается до обнуления счетчика 5, на выходе 29 (позиция 16 на фиг. 6) которого появляется импульс обнуления, переводящий триггер 63 (позиция 18 на фиг.6) через открытый триггером 59 элемент И-НЕ 46 в единичное состояние. Закрывается элемент И-НЕ 48 (позиция 14 на фиг. 6) и заканчивается время tj умножения, в течение которого на вход 41 счетчика 14 поступило N импульсов масштабированной частоты делителем 7 и пропорциональных измеренному ускорению:

NP t,

м

f о

з-к„ к

Одновибратором 56 формируется импульс (позиция 56 на фиг. 6), который записывает в регистр 13 памяти содержимое NC счетчика 14 результата измерения и состояния триггера 57 фиксирующего знак измеренного ускорения . Блок 12 индикаторов индуцирует результат измерения и знак измерен-: ного ускорения. Формирователем 1U формируется импульс сброса (позиция 2 на фиг. 6).

В третьем режиме измерения ускорения ( -i 0) первьм обнуляется счетчик 5. Импульс его обнуления с выхода 29 поступит на вход 16 и через элемент. ИЛИ 64 переключит триггер 61 в , Д1улевое состояние. Закроются элементы И-НЕ 45 и 51 (позиция 11 на фиг. 7) и откроется элемент И-НЕ 50 (позиция 6 на фиг. 7). На суммирующий вход счетчика 5 начнут поступать импульсы генератора 3. Суммирование счетчика будет продолжаться до появления на

выходе 3.3 импульса обнуления счетчика 6, который переключит триггер 59 (позиция 13 на фиг. 7) в едийичное состояние и закроет элемент И-НЕ 47, прекращая поступление импульсов ге- нератора 3 на суммирующий вход счетчика 5. В счетчике 5 будет записано jlNo (позиция 6 на фиг. 7) импульсов. Умножение 4 N ., , масштабирование делителем 7, запись полученного ре- зультата Ng и знака в регистр 13 памяти и формирование импульса сброса аналогичны вьшеописанному.

Формула изобретения

Устройство для измерения ускорени вращения, содержащее датчик гармонического сигнала входной частоты, пропорциональной скорости вращения, генератор образцовой частоты, пер- вый и второй реверсивные счетчики, формирователь импульса сброса, выход которого соединен с входами установки нулевого состояния реверсивных счетчиков и блок управления, о т л и чающееся тем, что, с целью измерения малых знакопеременных ускорений и представления их результатов измерения в единицах ускорения, оно снабжено входным формирователем меандровьгх импульсов входной частоты формирователем заданного отрезка времени, регистром памяти, масщтабирую- щим делителем и цифровым отсчетньм блоком, причем вход формирователя ме андровых импульсов входной частоты подключен к выходу частотного датчика скорости вращения, а выход - к четвертому входу блока управления, выход генератора образцовой частоты

подключен к пятому входу блока управления, выход формирователя импульсов сброса подключен к шестому входу блока управления и входам сброса масштабирующего делителя, реверсивных счетчиков и формирователя заданного отрезка времени, выход которого соединен с третьим входом блока управления второй и первый входы которого соединены соответственно с выходами обратного переноса первого и второго реверсивных счетчиков, причем выход об- ратного Переноса второго реверсивного счетчика соединен с управляющим входом регистра памяти, информационные входы которого соединены с разрядными рыходами второго реверсивного счетчика, а выходы - с информационными разрядными входами этого счетчика, пер- вьш и второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с входами вычитания и суммирования первого и второго реверсивных счетчиков, выходы первого реверсивного счетчика соединены с формирователем заданного отрезка времени, пятый выход блока управления соединен с вторым входом регистра памяти, шестой и седьмой выходы блока управления соеди {ены с регистром памяти цифрового отсчетного блока, причем шестой выход также подключен к входу формирователя импульса сброса, второй вход масштабирующего делителя соединен с восьмым выходом блока управления, а выход соединен со счетчиком результата измерения, последовательно подключенным к регистру памяти и блоку индикаторов цифрового отсчетного блока.

(риг.г

I

4(7

,,iuHJa 1ci 0

Hri HeiTetxi

ff/)odo/r ffe ife фи&. 6

Изобретение относится к цифровой технике измерения параметров движения. Устройство содержит частот- ньш датчик 1 частоты вращения, входной формирователь 2 меандровых импульсов, генератор 3 образцовой частоты, блок 4 управления, реверсивные счетчики 5 и 6, масштабный делитель 7, формирователь 8 заданного отрезка времени, регистр 9 памяти, формирователь 10 импульсов сброса, блок 11 цифрового отсчетного устройства в составе блока 12 индикаторов, регистра 13 памяти и счетчика 14 результата измерения. Введение новых элементов и образование новых связей мелоду элементами устройства позволяет производить измерение малых знакопеременных ускорений и представление результатов измерения непосредственно в единицах ускорения. 7 ил. i (/)