Устройство для измерения длины движущихся линейных объектов Советский патент 1987 года по МПК G01B7/04 

11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерителях линейных величин, устанавливаемых на строительных машинах, предназначенных для заложения гибких линейньге сооружений в грунт, в частности, на кабелеукладчи-г ках.

Цель изобретения -.повышение точ- ности измерения за счет исключения влияния непостоянства скорости вращения измерительного ролика на результат измерений.

На фиг.1 изображена схема устрой- ства-прототипа; на фиг.2 - предлагаемое устройство, общий вид и блок-схе

Maj на фиг.З - пример выполнения опрделения временного сдвига; на фиг,4 - пример выполнения блока памяти; на фиг.5 пример выполнения блока регистрации; на фиг.6 - пример выполнения блока умнож11телей.

Предлагаемое устройство содержит счетчик 1, определитель 2 временного сдвига, блок 3 умножителей, блок 4 вьтитания, блок 5 памяти, аналоговый ключ 6, блок 7 регистрации, датчик 8 скорости вращения измерительного ролика, измерительный ролик 9, прижимной ролик 10, элементы 11 и 12 связи (кулачки), микровыключатели 13 и 14, линейньш объект Т5 и пружину 16, ...

Вход счетчика 1, соединенный с . третьим входом определителя 2 временного сдвига, подключен к элементу связи - микровьпшючателю 13 измерительного ролика 9,а выход соединен t со вторым входом блока 7 регистрации

Первый и. второй входы определителя 2 временного сдвига подключены соответственно к выходу датчика 8 скорости вращения измерительного ролика 9 и элементу 14 связи (микровыключателю) прижимного ролика 10,

Первьй выход определителя 2 временного сдвига через блок 3 умножителей подключен к первому входу блока 4 вычитания, ко второму входу которого подключен первый выход блока 5 памяти..

Второй выход .определителя 2 временного сдвига подключен к первому входу блока 5 памяти.

Выход блока 4 вычитания подключен к входу аналогового ключа 6 и к второму входу блока 5 памяти, второй вы

5

0

0

ход которого подключен к управляющему входу анапого.вого ключа 6,

Выход аналогового ключа 6 подключен к первому входу блока 7 регистрации.

Определитель 2 временного сдвига содержит схему И-НЕ 17, схему И 18, триггер 19 с раздельным запуском, схему И 20, счетчик 21, дешифратор 22, блок 23 аналогс вых ключей, схему И 24, генератор 2.5, 1 ыходная частота которого зависит от величины входного напряжения, инвертор 26 и линию 27 задержки.

Блок 5 памяти содержит аналоговые ключи 28, :элемент 29 памяти, выполненный, нап1эимер, в виде конденсатора, аналоговый ключ 30, одновибра- тор 31 и инвертор 32, Блок 7 реги1:трации содержит аналоговый ключ 33, элемент 34 памяти,

н.апример, в виде конденвыполненныи, сатора,

ключ 35, первьй блок 36 сло5 жения, ключ 37, линию 38 задержки, счетчик 39, преобразователь 40 код- аналог, второй блок 41 сложения, преобразователь 42 аналог-код, цифровой индикатор 43, инвертор 44, схему ИЛИ

0 45 и ключевой усилитель 46,

Б.пок 3 умножителей содержит умножитель 47, количество которых определяется числом выходов дешифратора 22, аналоговый ключ 48, эле5 мент 49 памяти, вьтолненный, напри- мер, в виде конденсатора, ключ 50, инвертор 51, линию 52 задержки и од- новибратор 53i

Датчик 8 вращения измерительного

0 .ролика выполнен в виде, Например, та- хогенератора, кинематически связанного с измерительным роликом и закрепленного на корпусе устройства.

g Диаметры измерительного 9 и прижимного 10 роликов равны и выбраны таким образом, чтобы при прохождении единицы длины линейного объекта 15 относительно роликов вырабатывалось п импульсов, причем ролики имеют разные массы и соответственно различные динa ичecкиe моменты инерции.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы ролики устанавливают таки м образом, чтобы при их обороте одновременно кулачками 11 и 12 замкнулись соответственно кнопки микровыключателей 14 и 13,

5

313

При условии отсутствия проскальзывания линейного объекта 15, последний за счет силы трения вращает измерительный 9 и поджатый пружиной 16 прижимной 10 ролики. При вращении измерительный ролик 9. кулачком 12 замыкает кнопку микровыключателя 13, посьтая импульсы на третий вход определителя 2 временного сдвига и на вход счетчика 1. Одновременно прижимной ролик 10, вращаясь, замыкает кулачком 11 кнопку микровыключателя 1-4, посыпая импульсы на второй вход определителя 2 временного сдвига. С выхода датчика 8 скорости вращения измерительного ролика на первый вход определителя 2 временного сдвига поступает напряжение, пропорциональное скорости вращения.

Импульсы с микровыключателей поступают на входы схемы И-НЕ 17 и одновременно на соответствующие входы схем И 18 и 24 определителя 2 временного сдвига. Если нет временного сдвига между импульсами, то импульсы одновременно поступают на входы схемы И-НЕ 17, а с ее выхода на входы схем И 18 и 24 поступает низкий по уровню сигнал, запрещающий прохожде- ние импульсов на вход триггера 19, в результате на его выходе - низкое по уровню напряжение, поступающее на вход схемы И 20 и запрещающее прохождение импульсов с выхода генератора 2 на счетчик 21. На его выходе - т- разрядный код, соответствующий нулевому временному сдвигу, поступающий на дещифратор 22. на выходе которого соответствующем нулевому вре- менному сдвигу, появляется высокое по уровню напряжение.

Если.произошел временной сдвиг между импульсами, то импульсы поступают на соответствующие входы схемы Й-НЕ 17 в разные промежутки времени, в результате пего с ее выхода на соответствующие входы схем И 18 и 24 поступает высокое напряжение, разрешающее прохождение импульсов с мик- ровыключателей на вход триггера 19. Пер.едним фронтом первого импульса с первого микровыключателя происходит опрокидывание триггера 19 и с его выхода на вход схемы И 20 поступает высокое напряжение, разрешающее прохождение импульсов с генератора 25 н счетчик 21, которьй начинает считать эти импульсы. При проходе второго им1

пульса со второго микровыключателя, последний передним фронтом опрокидывает триггер 19 в исходное положение и с его выхода на вход схемы И 20 поступает низкое по уровню напряжение, в результате чего импульсы с выхода генератора 25 в счетчик 21 поступать не будут. Количество импульсов с генератора 25, поступающих в счетчик 21 за интервал времени между передним фронтом первого импульса с первого микровыключателя и передним фронтом второго импульса со второго микровыключателя, пропорционально временному сдвигу между указанны- ми импульсами. На выходе счетчика 21 образуется код, соответствующий данному временному сдвигу,который поступает на вход дешифратора 22, в результате чего на его определенном выходе появляется высокое напряжение.

Зависимость временного сдвига (ut) между импульсами и проскальзыванием объекта измерения относительного первого (Л5) и второго (uSj) роликов определяется выражением

At

Л52 - Л S1 -

(l- llMRc, На

где 1 г моменты инерции соответственно первого и второго роликов; R - радиус ролика; OJ, - скорость вращения первого ролика.

Для того, чтобы определение величины проскальзывания не зависело от непостоянства скорости вращения измерительного 9 ролика, в устройство введен датчик 8 скорости вращения измерительного ролика. Напряжение с выхода датчика подается на вход генератора 25, выходная частота следования импульсов которого зависит от величины поданного напряжения. При увеличении скорости вращения измерительного ролика 9 увеличивается и частота следования генерируемых импульсов и наоборот.

Так, при скорости вращения w из мерительного ролика 9 величине про- скальзьшания дЗ соответствует временной сдвиг dt и на вход счетчика 2 поступает с генератора 25 М импульсо в результате чего скорость вращения увеличивается и становится равной

. Следоватепьно, временной интервал между импульсами с микровыключателей 13 и 14 уменьшается и становится равным At - t , при этом напряжение на входе renepa t opa 25 увеличивается, частота следования импульсов на его выходе также увеличивается, в результате чего на вход .счетчика 21 поступают те же М импульсов.

Таким образом, исключается влияние непостоянства скорости вращения измерительного ролика на результат измерений.

Счетчик 1 подсчитывает импульсы, поступаюп ие с микровьключателя 13. Число импульсов соответствует длине Проложенного кабеля. При числе п оборотов измерительного ролика, приходя- щихся на единицу длины кабеля, счет- чик 1 требует дополнительных разрядов, количество которых равно р log п. Тогда запись в счетчик единицы длины происходит, когда он рас- читает п импульсов. Информация о ко- личестве проложенного кабеля со счетчика 1 поступает в блок 7 регистрации

Так как нет проскальзывания объекта 15 относительно роликов 9 и 10, То они вращаются с одинаковой ско- ростью, замыкая одновременно кнопки Иикровьпслючателей 13 и 14 соответственно кулачками 12 и 11 и импульсы, поступающие на входы определителя 2 временного сдвига, не имеют сдвига по времени, в результате чего на его выходе, соответствующе нулевому временному сдвигу, присутствует высокое напряжение, поступающее на определенный вход блока 3 умножителей, в ко- тором происходит перевод величины временного сдвига в величину проскальзывания следующим образом. Блок 3 умножителей имеет число входов равное чис л у выходов дешифратора 22 и столько же умножителей, причем каждый выход дешифратора 22 через аналоговый ключ блока 23 аналоговых ключей соединен с определенным входом блока умножителей. Каждьм умножитель рассчитан на свой коэффициент перевода. Поэтому напряжение, поступающее с определенного выхода дешифратора и соответствующее определенному временному

сдвигу, поступает на определенный умножитель, где умножается на коэффициент перевода, в результате чего на выходе блока умножителей появля5 О

5 0

- 35 0 50

5

ется напряжение, пропорциональное величине проскальзывания.

В случае { улзвого временного сдвига сигнал умножается на коэффициент перевода, равный нулю, в результате чего на.выходе блока 3 умножителей будет нулевое напряжение, которое через блок 4 вычитания и Аналоговый ключ 6 поступает в блок 7 регистрации и одновременно на второй вход блока 5 памяти. В определенные промежутки времени происходит запоминание этого напряжения и подача на второй вход блока 4 вычитания, не оказывая при этом влиян :я на результат измерения длины. ,

Таким образом, осуществляется измерение длины объекта в установившемся режиме.

При неравномерном движении объекта силовой импульс, приложенный в точке контакта, величина которого больше силы трения объекта о поверхность роликов, приводит к изменению скорости вращения как измерительного 9, так и прижимного 10 роликов, но вследствие неравенства их динамических моментов инерции, изменение скоростей неодинаково, в результате чего замыкание кулачком. 12 кнопки микровыключателя 13 по времени происходит раньше, чем замыкание кулачком 11 кнопки микровыключателя 14, что приводит к временному -сдвигу между импульсами, поступающими на третий и второй входы определителя 2 временного сдвига.

Передним фронтом импульса с мик- ровыключателя 13 опрокидывается триггер 19 из состояния О в состояние 1, в результате чего на первый вход схемы И 20 поступает высокое напряжение, разрешающее прохождение импульсов с выхода генератора 25 в счетчик 21, которьй начинает просчитывать эти импульсы. При этом напряжение с выхода триггера 19 поступает на вход инвертора 26, на выходе которого присутствует нулевое напряжение, поступающее на управляющий вход блока 23 аналоговых ключей, отключая тем самым выходы дешифратора 22 от входов блока 3 умножителей. Это напряжение поступает также на вход одновибрато- ра 31 блока памяти. Передним .фронтом импульса с микровыключателя .14 триггер 19 перебрасывается в исходное состояние. При этом на выходе инвер1 . 133 тора 26 будет высокое напряжение (так как на его вход с выхода триггера 19 поступает нулевое напряжение), поступающее на управляющий вход бло- ка 23 аналоговых ключей, в результате чего подключаются выходы дешиф- .ратора 22 к входам блока 3 умножителей.

Перепадом напряжения с низкого на высокий уровни запускается одновибратор 31 блока 5 памяти. Длительность импульса с его выхода определяется выражением

t V,,/2d,

где - максимальная скорость про. кладки кабеля;

d - диаметр измерительного ролика.

Напряжение с выхода одновибратора 31 поступает на управляющие входы аналоговых ключей 6 и 28 и на вход инвертора 32, на выходе которого бу- дет нулевое напряжение, поступающее на управляющий вход аналогового ключа 30. В результате этого происходит подключение выхода элемента 29 памяти блока 5 памяти ко вто рому входу блока 4 вычитания, отключение входа элемента 29 памяти от выхода блока 4 вычитания и подключение выхода блока 4 вьиитания к первому входу блока 7 регистрации. .

Импульс с выхода микровыключателя 14 поступает также на вход линии |27 задержки, где задерживается на время, необходимое для умножения напряжения с выхода дешифратора 22 бло- ком 3 умножителей, и поступает на вход сброса в О счетчика 21, этим самым сбрасьгоая его в О, Счетчик 21 готов к последующему циклу работы.

На выходе счетчика 21 (до сброса его в О) будет g-разрядный код, соответствующий данному временному сдвигу мезкду импульсами с микровыключателей 13 и 14, поступанАщй на депшфратор 22. На его выходе, соот- ветствующему этому временному сдвигу, появляется высокое напряжение, поступающее через соответствующий аналоговый ключ блока 23 аналоговых ключей (на его управляющем входе высокое на- пряжение) на определенный умножитель 47 блока 3 умножителей, где умножается на коэффициент перевода, в результате чего на выходе умножителя

1 8,

47 будет напряжение, пропорциональное величине проскальзьшания. Это напряжение через аналоговый Ключ 48 поступает в элемент 49 памяти, где запоминается. Одновременно оно поступает на вход линии 52 задержки и задерживается на время, необходимое для .запоминания этого напряжения элементом 49 памяти.

Напряжением с выхода линии 52 задержки запускается одновибратор 53, длительность выходного импульса которого определяется выражением t ./d. Напряжение с выхода одно- вибрат.ора 53 поступает на управляющий вход аналогового ключа 50 и на вход инвертора 51, в результате чего происходит отключение элемента 49 памяти от умножителей 47 и подключение выхода элемента 49 к первому входу блока 5 вычитания.

Следовательно, на первьй вход блока 4 вычитания поступает напряжение, пропорциональное величине проскальзывания, предположим U, с выхода блока 3 умножителей, а на второй вход блока 4 вычитания поступает напряжение, равное нулю (так как проскальзывания до этого не было), с первого выхода блока 5 памяти. На выходе блока 4 вычитания будет напряжение, равное и - О U ,которое через аналоговый ключ 6 поступает одновременно на входы ключевого усилителя 46 и на первый вход первого блока 36 сложения блока 7 регистрации. Под действием этого напряжения происходит срабатывание ключевого усилителя 46 и напряжение с его выхода через инвертор 44 и схему ИЛИ 45 поступает на управляющие .входы аналоговых ключей 33 и 35, в результате чего происходит отключение элемента 34 памяти от входа линии 38 задержки и подключение выхода элемента 34 ко второму входу первого блока 36 сложения, в котором происходит сложение запомненного напряжения (в данном случае оно равно нулю) с напряжением, поступающим с выхода блока 4. Суммарное напряжение поступает на входы аналогового ключа 41 и линии 38 задержки, где задерживается на время t и через аналоговый ключ 33 поступает в элемент 34 памяти, где и запоминается.

Через промежуток времени t V,j,c/2d (так как с выхода одновибратора 31 поступает нулевое напряже- 1ше) происходит отключение выхода элемента 29 памяти от второго входа блока 4 вычитания, отключение выхода блока 4 от входа блока 7 регистрации и подключение выхода блока 4 к элементу 29 памяти. На выходе блока вычитания присутствует напря- и , поступающее с выхода блока 3 умножителей, которое подается на элемент 29 памяти, где и запоминается.

Через промежуток времени ,/d на выходе блока 3 умножителей присутствует нулевое напряжение, так как с выхода одновибратора 53 поступает нулевое напряжение, в результате чего отключается элемент 49 памяти от первого входа блока 4 вычитания.

Если единице длины линейного объекта 15 соответствует два импульса с микровыключателя 13, то динамический процесс продолжается, т.е. скорость измерительного ролика возрастает. Тогда .на втором обороте роликов на выходе блока 3 умножителей появляется напряжение U + ли, где ли - приращение напряжения, обусловленного приращением величины проскальзывания. При этом выход блока 4 вычитания подключен к входу 7 регистрации, а одновибраторы 53 и 31 запут,ены, т.е. на их выходах есть

напряжение. Механизм получения напря- g поступает на цифровой индикатор 43. жения и + ди включ-ения аналогового ключа 6, одновибраторов 31 и 53 и т.д. описан вьше.

На первый вход блока 4 вычитания с выхода блока 3 умножителей посту- 40 пает напряжение U + 4U, а на второй вход. - запомненное напряжение с выхода элемента 29 памяти. В результате этого на выходе блока 4 вычитания появляется напряжение U ли - 45 - и ли, которое через аналоговый ключ 6, поступает в блок 7 регистрации.

Под действием этого напряжения срабатывает ключевой усилитель ,46, в 50 результате чего происходит отключение элемента 34 памяти от линии 38 задержки и подключение его выхода ко второму входу первого блока 36 сложения. На первый вход блока 36 ело- 55 жения подается напряжение lU с выхода блока 4, вычитания а на второй- запомненное, напряжение U - с выхода

Предусмотрен вывод этой информации на печать.

После промежутка времени t V /2d происходит отключение выхода блока 4 вычитания от первого входа блока 7 .регистрации, запоминание напряжения U + 4U элементом 34 памяти, отключение элемента 29 памяти от второго входа блока 4 вычитания и подключение его выхода к элементу 29 памяти.

На первый вход блока 4 вычитания с выхода блока 3 умножителей поступает напряжение U + ЛУ, которое будет запоминаться элементом 29 памяти

После промежутка времени t V, „ /d на первый и второй входы

блока 4 вычитания поступают нулевые по уровню напряжения и на его выходе нулевое напряжение.

Эти опера1.ц1и производят до тех по пока режим вращения не установится и скорости вращения измерительного и

элемента 34 памяти. На выходе первого блока 36 сложения появляется суммарное напряжение U +ли, которое поступает на вход линии 38 задержки и на вход аналогового ключа 37.

Так как единице длины объекта.15 соответствуют два импульса с выхода микровыключателя 13, то на выходе

счетчика 1 появляется напряжение, поступающее на управляющий вход ана- лового ключа 37, в результате чего единица заносится в счетчик 39. Код с выходов счетчика 39 поступает на

соответствующие входы преобразователя 40 код-аналог, на выходе которого напряжение, поступающее на второй вход второго блока 41 суммирования, на первый вход которого через аналоговый ключ 37 поступает напряжение

и. + ли с выхода первого блока 36

суммирования, в результате чего на выходе блока 41 будет напряжение, пропорциональное сумме длины линейного объекта и величины проскальзывания, которое поступает на вход преобразователя 42 аналог-код. При этом перепадом с низкого на высокий уровень с выхода схемы ИЛИ 45 запускается генератор пилообразного напряжения преобразователя 42. На его выходе будет информация в цифровом виде о длине линейного объекта f. учетом величины проскальзьюания, которая

поступает на цифровой индикатор 43.

Предусмотрен вывод этой информации на печать.

После промежутка времени t V /2d происходит отключение выхода блока 4 вычитания от первого входа блока 7 .регистрации, запоминание напряжения U + 4U элементом 34 памяти, отключение элемента 29 памяти от второго входа блока 4 вычитания и подключение его выхода к элементу 29 памяти.

На первый вход блока 4 вычитания с выхода блока 3 умножителей поступает напряжение U + ЛУ, которое будет запоминаться элементом 29 памяти

После промежутка времени t V, „ /d на первый и второй входы

блока 4 вычитания поступают нулевые по уровню напряжения и на его выходе нулевое напряжение.

Эти опера1.ц1и производят до тех по пока режим вращения не установится и скорости вращения измерительного и

прижимного роликов не станут равными.. Тогда на первый и второй входы блока 4 вычитания в определенные промежутки времени как показано выше, по- ком скорости вращения измерительного

ступают напряжения, равные между собой и на его выходе - нулевое напряжение. Таким образом устраняется влияние возникшего временного сдвига как в динамическом, так и в установившемся ю режимах.

Формула изобретения

Устройство для измерения длины15

движущихся линейных объектов, содержащее измерительный ролик, счетчик и прижимной ролик, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство 20 снабжено последовательно соединенными определителем временного сдвига, блоком умножителей, блоком вычитания.

ролика и элементами связи прижимного и измерительного роликов, вькод датчика скорости вращения измерительного ролика соединен с первым входом определителя временного сдвига, вто - рой и третий входы которого соединены с выходами элементов связи прижимного и измерительного роликов, третий вход определителя временного сдвига соединен с входом счетчика-, а второй выход определителя временного сдвига соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, а первый и второй вьтходы блока памяти соединены соответственно с вторыми входами блока вычитания и аналогового ключа.

аналоговым ключом и блоком регистрации, вторым входом соединенным с выходом счетчика, блоком памяти, датчиролика и элементами связи прижимного и измерительного роликов, вькод датчика скорости вращения измерительного ролика соединен с первым входом определителя временного сдвига, вто - рой и третий входы которого соединены с выходами элементов связи прижимного и измерительного роликов, третий вход определителя временного сдвига соединен с входом счетчика-, а второй выход определителя временного сдвига соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, а первый и второй вьтходы блока памяти соединены соответственно с вторыми входами блока вычитания и аналогового ключа.

С S/ioffo в Фиг.З

Но S/nopo/ y gjcodi/ ff/tOAO

N

§

I

Редактор А.Ревин

Составитель Л.Крюкова Техред Л.Сердюкова

Заказ 3569/41 Тираж 676Подписное

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

С Вывода локаб

Фиг. 5

фаг.6

Корректор С.Черни

Изобретение относится к измерительной технике„ Цель изобретения - повьшение точности измерения за счет исключения влияния непостоянства скорости вращения измерительного ролика на результат изменений. При прохождении силового импульса к движущемуся линейному объекту 15 он посредством объекта передается измерительному 9 и прижимному 10 роликам, изменяя их скорость, вращения. Если величина эт6- го импульса больше силы трения объекта 15 по поверхности роликов, то произойдет проскальзывание объекта относительно роликов. Так как динамические моменты инерции роликов 9 и 10 различны, то и приращения скоростей вращения также различны, а разность скоростей пропорциональна величине проскальзывания объекта относительно роликов. Для определения этой разности в устройство введены последовательно соединенные опреде- лител 2 временного сдвига, блок 3 умножителей, блок 4 .вычитания, аналоговый ключ 6 и блок 7 регистрации, блок 5 памяти, датчик 8 скорости вращения измерительного ролика и элементы связи прижимного и измерительного роликов. 6 ил. § (Л с 00 со о 4 СП риг.2