Устройство для измерения скорости вращения вала Советский патент 1987 года по МПК G01P3/48 G01P3/54 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для высокоточного измерения скорости вращения валов различных машин, мер вала асинхронного тягового двигателя магистрального электровоза.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения скорости вращения вала в условиях воздействия интенсивных электромагнитных помех.

На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема фазового детектора; на фиг, 3 - эпюры напряШ

Фазовый детектор (ФД) 3 предназначен для вьщеления выходных сигналов ДЧВ 1, синфазных или противофазных по отношению к напряжению генератора опорного напряжения (ГОН) 2, и разделения их по двум выходам для управления К8-триггеро,м,

ФД 3 (фиг, 2) содержит усилитель- ограничитель 13 дифференцирующую схему 14, селектор 15 полярности, инвертирующий 16 и неинвертирующий 17 усилители, двухвходовые логические элементы И 18 и 19,усилитель-ограничитель 20, Дифференцирующая схема (ДЦ)

жений, поясняющие работу фазового де- 5 )4 служит для формирования импульсов .тектора; на фиг, 4 - эпюры напя жений, поясняющие работу устройства для измерения скорости вращения вала при отсутствии и наличии помех.

Устройство содержит индуктивно- трансформаторный датчик 1, соединенный с валом, генератор 2 опорного напряжения, фазовый детектор 3. Выход генератора 2 опорного напряжения под20

25

в момент прохождения входного сигнала через нуль. Селектор полярности (СП) 15 предназначен для распределения выходных сигналов ДЦ 14 по двум каналам в зависимости от их полярности.

На фиг, 3 и . и в - напряжения на выходах ДЧВ 1 и ГОН 2 при вращении ротора ДЧВ; 6 и г - напряжения на выходе усилителей-ограничителей 13 и 20; д- импульсы на выходе ДЦ 14; е и ;к - импульсы на выходе неинвертирующего 17 и инвертирующего 16 усилителей; З и и - импульсы на первом 30 и втором выходах схем И 18 и 19,

соединен к соответствующим входам датчика 1 частоты вращения и фазового детектора 3, второй вход которого соединен с выходом датчика 1 частоты вращения. Устройство содержит также два ключа 4 и 5, входы которых соеди нены с соответствующими выходами фазового детектора 3, два делителя 6 и 7 частоты с переменным коэффициентом деления, счетные входы которых соединены с выходами ключей 4 и 5, RS-триггер 8, подключенный R- и S входами к выходам делителей 6 и 7 частоты. Выходы триггера 8 соединены с управляющими входами ключей 4 и 5.

При синфазности напряжений ДЧВ и ГОН в интервале времени t| (фиг. 4 а и в) на первом выходе схемь1 И 18 формируется гребенка импульсов с 35 периодом повторения Тр (фиг. 4 j). Следующая гребенка импульсов (фиг, 4 и) формируется на втором выходе схемы И 49 при противофазности напряжений ДЧВ 1 и ГОН 2 в интервале t. - tr (фиг, 4 а и в),

Устройство снабжено счетчиком 9,счет-40 времени и. L., ный вход которого соединен с соответ- Делитель с переменным коэффициен- ствуюшдм выходом триггера 8, генера- том деления (ДПКД) представляет со- тором 10 импульсов сброса, соединенным выходом с входом установки на

45

О счетчика 9, датчиком 11 грубого измерения скорости вращения, сочлебой делитель частоты, коэффициент деления которого может изменяться в заданном диапазоне посредством внешнего управления от формирователя 12 коэффициента деления. Второй и четвер- тьш входы служат для подачи на них кода числа,, равного коэффициенту дебой делитель частоты, коэффициент де ления которого может изменяться в за данном диапазоне посредством внешнего управления от формирователя 12 ко эффициента деления. Второй и четвер- тьш входы служат для подачи на них кода числа,, равного коэффициенту дененным с валом, и формирователем 12 коэффициента деления, датчика 11 через формирователь 12 коэффициента деления соединен с установочными 50 ления, от формирователя 12 коэффици- входами делителей 6 и 7 частоты с пе- ента деления и подключены к его вы- ременным коэффициентом деления. ходу. Выходы делителей 6 и

Датчик 1 частоты вращения (ДЧВ) предназначен для формирования фазоманипулированных электрических сигна- 55 5, Один из лов с синусоидальным заполнением, ко- 8 подсоединен личество которых пропорционально измеряемой скорости вращения.

Выходы делителей 6 и 7 частоты соединены с R- и S-входами RS-триггера 8,который управляет работой ключей 4 и выходов RS-триггера

к счетному входу счетчика 9, Счетчик 9 служит для счета выходных импульсов триггера 8,

Фазовый детектор (ФД) 3 предназначен для вьщеления выходных сигналов ДЧВ 1, синфазных или противофазных по отношению к напряжению генератора опорного напряжения (ГОН) 2, и разделения их по двум выходам для управления К8-триггеро,м,

ФД 3 (фиг, 2) содержит усилитель- ограничитель 13 дифференцирующую схему 14, селектор 15 полярности, инвертирующий 16 и неинвертирующий 17 усилители, двухвходовые логические элементы И 18 и 19,усилитель-ограничитель 20, Дифференцирующая схема (ДЦ)

5 )4 служит для формирования импульсов

20

25

в момент прохождения входного сигнала через нуль. Селектор полярности (СП) 15 предназначен для распределения выходных сигналов ДЦ 14 по двум каналам в зависимости от их полярности.

На фиг, 3 и . и в - напряжения на выходах ДЧВ 1 и ГОН 2 при вращении ротора ДЧВ; 6 и г - напряжения на выходе усилителей-ограничителей 13 и 20; д- импульсы на выходе ДЦ 14; е и ;к - импульсы на выходе неинвертирующего 17 и инвертирующего 16 усилителей; З и и - импульсы на первом 30 и втором выходах схем И 18 и 19,

При синфазности напряжений ДЧВ и ГОН в интервале времени t| (фиг. 4 а и в) на первом выходе схемь1 И 18 формируется гребенка импульсов с 35 периодом повторения Тр (фиг. 4 j). Следующая гребенка импульсов (фиг, 4 и) формируется на втором выходе схемы И 49 при противофазности напряжений ДЧВ 1 и ГОН 2 в интервале t. - tr (фиг, 4 а и в),

40 времени и. L., Делитель с переменным коэффициен- том деления (ДПКД) представляет со-

времени и. L., Делитель с переменным коэффициен- том деления (ДПКД) представляет со-

бой делитель частоты, коэффициент деления которого может изменяться в заданном диапазоне посредством внешнего управления от формирователя 12 коэффициента деления. Второй и четвер- тьш входы служат для подачи на них кода числа,, равного коэффициенту деления, от формирователя 12 коэффици- ента деления и подключены к его вы- ходу. Выходы делителей 6 и

ления, от формирователя 12 коэффици- ента деления и подключены к его вы- ходу. Выходы делителей 6 и

5, Один из 8 подсоединен

Выходы делителей 6 и 7 частоты соединены с R- и S-входами RS-триггера 8,который управляет работой ключей 4 и выходов RS-триггера

к счетному входу счетчика 9, Счетчик 9 служит для счета выходных импульсов триггера 8,

10

поступающих на его счетный вход в течение длительности периода повторения Т генератора 10 импульсов сброса, Другой вход счетчика 9 служит для установки на О показаний счетчика при появлении на нем импульса генератора 10. Генератор 10 предназначен для периодической установки на О счетчика 9 и формирует импульсную последовательность сигналов с периодом ,повторения Tj,. Выход генератора 10 соединен с входом установки на О счетчика 9.

Датчик 11 грубого измерения скорости может быть реализован на осно- 5 ве тахометра постоянного напряжения, установленного, например, в кабине машиниста электровоза. Выход датчика 11 через формирователь 12 коэффициента деления (ФКД) соединен с вторым и четвертым установочными входами ДПКД 6 и 7. ФКД 12 предназначен для преобразования выходного напряжения датчика 11 в код числа, управ- ляющего по второму и четвертому входам коэффициентом деления ДПКД 6 и 7. Алгоритм работы ФКД 12 определяется уравнением

25

20

де

N- N.

N

m

n .С

..

- число, код которого формируется на выходе ФКД При вращении ва,па с угловой скоростью п;,об/с:

пмякс

NmN..ur- максимально допустимая по

условиям эксплуатации угловая скорость вращения, об/с;

количество периодов фазома- 40 нипулированного синусоидального сигнала ДЧВ при максимальной скорости вращения за время его синфазности (противофазное- 45 (фиг. 4 J-) ти) с напряжением ГОН. Уравнение означает, что формируемое число N; обратно пропорциональ25 роте ротор сутствии ш триггера 8 ная отметк датчика 1

30.на выходе мируется N считанных между импу ра 10.

35 При воз возникающи

ходе ФДЗ ( входе ДПКД сы, не свя После п пульсов (ф ходе ДПКД 4е , момен ет триггер

- но скорости вращения п-.

состояния на против тывание тр шумов прои 50 появления

первом выходе ФДЗ (фиг„ 4 «), начин

с момента времени t и ТоД,

На

На фиг, 4 показаны: ч- сигналы на первом выходе ФДЗ; 5- сигналы на управляющем входе ключа 4; в - сигналы на втором выходе ФДЗ; г - сигналы на управляющем входе ключа 5; 3 и 55 ДЧВ 1 в интервалах времени t. - t,j е - сигналы, формируемые на выходах и t.g- t. Вместо одной импульсной делителей 6 и 7 частоты соответствен- отметки (фиг. 4:) формируется две, но; ж и J.- сигналы на выходе триггера 8, подсоединенном к счетчику 9,

фиг. 4 J. показано формирование лож ной отметки прохождения зубца ротор

которые подсчитываются счетчиком 9. В дальнейшем работа устройства в за

при отсутствии и наличии помех соответственно. Единичный уровень (1) на управляющих входах соответствует открытому состоянию ключей 4 и 5, нулевой уровень (О) - закрытому состоянию (фиг. 46 и -г.).

Рассмотрим работу устройства при отсутствии помех на соответствующих выходах ФД 3 и перемещении ротора ДЧВ 1 на один зубец относительно Ш-образ- ного дифференциального трансформатора датчика.

После появления на первом выходе ФДЗ N импульсов (фиг. 4 сч), следующих с периодом повторения Т, на выходе ДПКД 6 формируется импульс (фиг. 4 а), который по R-входу в момент времени t- перебрасывает триггер 8 в другое положение (фиг. 4 ж). При этом ключ 4 размыкается по управляющему входу (фиг. 4 б), а ключ 5 замыкается (фиг. 45 иг). На выходе триггера 8 формируется перепад напряжения (фиг. 4), т.е. лри повороте ротора ДЧВ на один зубец и отсутствии шумовых сигналов на выходе триггера 8 формируется одна импульсная отметка. При перемещении ротора датчика 1 за время Т, на N зубцов

.на выходе триггера 8 аналогично формируется N импульсных отметок, подсчитанных счетчиком 9 за время Тц между импульсами обнуления генератора 10.

При воздействии импульсных помех, возникающих, например, на втором вы

(фиг. 4 J-)

ходе ФДЗ (фиг о 4 6 , момент t-. ), на входе ДПКД 7 возникают ложные импульсы, не связанные с вращением вала. После появления Njm шумовых импульсов (фиг о 4о( , момент t) на выходе ДПКД 7 формируется сигнал (фиг 4е , момент t), который перебрасывает триггер

5 в другое положение Это приводит к изменению состояния ключей 4 и 5 (фиг. 45 и г) на противоположное Следук)щее сраба- тывание триггера 8 под воздействием шумов происходит в момент tg после появления N; ложных импульсов на

первом выходе ФДЗ (фиг„ 4 «), начиная

ДЧВ 1 в интервалах времени t. - t,j и t.g- t. Вместо одной импульсной отметки (фиг. 4:) формируется две,

с момента времени t и ТоД,

На

ДЧВ 1 в интервалах времени t. - t,j и t.g- t. Вместо одной импульсной отметки (фиг. 4:) формируется две,

ДЧВ 1 в интервалах времени t. - t,j и t.g- t. Вместо одной импульсной отметки (фиг. 4:) формируется две,

фиг. 4 J. показано формирование ложной отметки прохождения зубца ротора

ДЧВ 1 в интервалах времени t. - t,j и t.g- t. Вместо одной импульсной отметки (фиг. 4:) формируется две,

которые подсчитываются счетчиком 9. В дальнейшем работа устройства в зависимости от наличия или отсутствия помех циклически повторяется. При этом на каждые N. импульсных помех происходит лишь одно ложное срабатывание триггера 8,

Формула изобретения

Устройство для измерения скорост ти вращения вала, содержащее датчик частоты вращения индуктивно-трансформаторного типа, связанный с валом, фазовый детектор, подключенный своим первым входом к выходу датчика частоты вращения, генератор опорного напряжения, подсоединенный выходом к соответствующим входам датчика частоты вращения и фазового детектора, RS- триггер, счетчик, подсоединенный счетным входом к соответствующему выходу RS-триггера, и генератор импульсов сброса, выход которого подключен к входу установки на О счетчика, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения в условиях воздействия ин- 5 тенсивных электромагнитных помех, оно снабжено двумя ключами, двумя делителями частоты с переменным коэффициентом деления и последовательно подключенными к объединенным устано- JO вочным входам управления делителей частоты с переменным коэффициентом деления датчика грубого измерения скорости вращения и формирователя коэффициента деления, при этом счетные 15 входы первого и второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключены через первый и второй ключи соответственно к первому и второму выходу фазового детектора, а уп- 0 равляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами КЗ-триггера

Изобретение предназначено для высокоточного измерения скорости вращения валов различных машин. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения скорости вращения вала в условиях воздействия интенсивных электромагнитных помех. При воздействии импульсных помех на входе делителя 7 с переменным коэффициентом деления возникают ложные импульсы, не связанные с вращением вала, а на выходе формируется сигнал, который перебрасывает триггер 8 в другое положение. Это приводит к изменению состояния ключей 4 и 5 на противоположное Следующие сбрасывания триггера 8 под воздействием шумов происходят после появления ложных импульсов на выходе .фазового детектора 3. На каждое определенное количество импульсных помех происходит лишь одно ложное срабатывание триггера 8. 4 ил. I (Л оо ел )

вЬКЛ

фиг. г

tt

njm.mTflftfb..jLRj

«плпля.

ч M

MiTjTtry,

I 111

-tI I I

,

III I 1 I I