Цифровое устройство для измерения ускорения Советский патент 1987 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения ускорения объектов, величина скорости которых представлена в виде частотного гармонического сигнала.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг.1 приведена структурная схема цифрового устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока управления.

Цифровое устройство для измерения ускорения содержит частотный датчик 1 скорости вращения, формирователь 2 импульсов измеряемой частоты, генератор 3 образцовой частоты, формирователь 4 импульса сброса, блок 5 управления, первый реверсивньш счетчик 6, второй реверсивньй счетчик 7, формирователь 8 импульса заданной длительности, первьш триггер 9, второй триггер 10, индикатор 11 знака и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12.

Выход датчика 1 скорости, вход которого является входом цифрового устройства , подключен к входу формирователя 2 импульсов измеряемой частоты, выход которого соединен с вторым входом блока 5 управления, первый вход которого соединен с вькодом формирователя 8 импульсов заданной длительности, информационшз е входы которого- соединены с разрядными выходами первого реверсивного счетчика 6.

Третий вход блока 5 управления соединен с генератором 3 образцовой частоты, а четвертый - с первым выходом формирователя 4 импульса сброса и входами установки нулевого положения первого 9 и второго 10 триггеров и формирователя 8 импульса заданной длительности.

Второй вькод формирователя 4 импульса сброса соединен с входами установки нулевого положения первого 6 и второго 7 реверсивных счетчиков а первый вход - с кнопкой Пуск, второй вход - с выходом цифрового устройства и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами индикатора 11 знака и прямыми выходами первого 9 и второго 10 триггеров, входы установки единичного состояния которых соединены с выходами обратного переноса первого 6 и второго 7 реверсивных счетчиков, суммирующие и вычитающие входы которых соединены с выходами блока 5 управления.

Блок 5 управления (фиг. 2) содержит элемент НЕ 13, элемент И 14, одновибратор 15, два D-триггера 16 и 17 и элементы И-НЕ 18-21.

Q Первый вход блока 5 управления соединен с В входом триггера 16, а второй вход - с входом элемента НЕ 13 и первым входом элемента И-НЕ 20, выход которого соединен с выходом

5.блока 5 управления, а второй вход соединен с прямым выходом триггера 17 и вторым входом элемента И-НЕ 18, выход которого соединен с выходом блока 5 управлеQ НИН, а первьш вход - с третьим входом блока 5 управления и первым входом элемента 19, выход которого подключен к выходу блока 5 управления, а второй вход соединен

5 с вторым входом элемента И-НЕ 21 и прямым выходом триггера 16, инверсный выход которого соединен с О-вхо- дом триггера 17 и входом одновибра- тора 15, выход которого соединен с

0 входом блока 5 управления и R-входом триггера 16, динамический вход которого соединен с выходом элемента НЕ НЕ 13, динамическим входом триггера 17 и первым входом элемента И-НЕ 21, выход которого является выходом блока 5 управления, причем выход элемента И 14 соединен с R-входом триггера 17.

Цифровое устройство измерения

д ускорения вращения работает следующим образом.

В зависимости от режима вращения объекта возможны три варианта измерения, когда ускорение вращения 0,

0, В первом режиме ускорение отсутствует, во втором режиме ускорение имеет положительный знак, в третьем - отрицательный знак. В начале работы сигнал Пуск

Q поступает на вход формирователя 4 И1мпульса сброса. Единичный импульс сброса с выхода формирователя 4 и инверсный с выхода формирователя 4 устанавливают триггеры 16 и 17 (фиг.2) блока 5 управления, триггеры 9 и 10, формирователь 8 импульса .заданной длительности и реверсивные счетчики 6 и 7 (фиг.1) в исходное нулевое состояние.

5

С выхода датчика 1 импульсы с частотой следования f , пропорциональные скорости вращения, через формирователь 2 поступают на вход блока 5 управления. Инвертированные элементом НЕ 13 (фиг.2) импульсы частоты f поступают на динамические входы триггеров 16 и 17, так как на D-входе триггера 17 присутствует единичный уровень, то триггер 17 с поступлением переднего фронта инвертированного импульса измеряемой частоты устанавливается в единичное состояние и единичный уровень поступает на вторые входы элементов И-НЕ 18 и 20. Триггер 16 остается в исходном состоянии, так как на его D-входе присутствует нулевой потенциал формирователя 8, поступающий с его выхода на вход блока 5 управления.

Импульсы генератора 3 образцовой частоты через вход блока 5 управле- ния поступают на первые входы элементов И-НЕ 18 и 19. Элемент И-НЕ 18 открыт, поэтому эти импульсы через выход блока 5 управления поступают на вход суммирования счетчика 6 Начинается формирование заданного времени t. и первого временного интервала t .

Импульсы измеряемой частоты f через открытый элемент 20 (выход блока 5 управления) начинают поступать на суммирующий вход второго реверсивного счетчика 7.

С окончанием заданного интервала времени t ,т.е. при поступлении на вход первого реверсивного счетчика 6 заданного числа импульсов образцовой частоты f(, , на выходе формирователя 8 устанавливается единичный уровень, который поступает на О-вход триггера 16 блока 5 управления. Однако режим суммирования счетчиков продолжается до появления на динамическом входе триггера 16 очередного переднего фронта, инвертированного элементом НЕ 13 (фиг.2), импульса измеряемой частоты, который устанавливает триггер 16 в единичное состояние. Через элементы И-НЕ 19 и 21 импульсы образцовой и измеряемой частоты ветственно поступают на вычитающие входы реверсивных счетчиков 6 и 7. Одновременно с переключением триггера 16 включается одновибратор 15, КОТОРЫЙ через элемент И 14 устанавливает в нулевое состояние триггер 17. Прекращается прохождение импульсов образцовой и измеряемой частоты через элементы И-НЕ 18 и 20 соответ- ственно. Триггер 17 (фиг.2) не переключается с поступлением очередного фронта импульса измеряемой частоты, так как на его D-входе присутстQ вует нулевой.уровень.

Таким образом, во второй реверсивный счетчик 7 за время суммирования поступает целое число периодов измеряемой частоты, а количество импуль5 сов составляет:

N, t,-f,,,(1)

где М - количество импульсов, поступившее во второй реверсив0 ный счетчик 7 за время суммирования;

f - среднее значение частоты на первом временном интервале измерения длительностью t .

5 Режим вычитания содержимого реверсивных счетчиков 6 и 7 длится до появления импульсов на выходах обратного переноса счетчиков. При этом в зависимости от знака ускорения пер0 вым обнуляется счетчик 6 или 7.

При положительном ускорении пер, вым Обнуляется второй реверсивный счетчик 7 и на его выходе обратного переноса появляется импульс, ус5 танавливающий триггер 10 в единичное состояние. Элемент ИСКЛЮЧАЮРЩЕ ИЛИ 12 формирует сигнал единичного уровня с момента включения триггера 10 до момента включения триггера 9 при

0 обнулении первого реверсивного счетчика 6.

При отрицательном ускорении первым обнуляется счетчик 6. Устанавливается в единичное состояние триг5 гер 9, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 формирует передний фронт положительного импульса, задний фронт которого формируется в момент включения триггера 10, при появлении импульса на

Q выходе обратного переноса второго реверсивного счетчика 7.

Таким образом, за время вычитания на вход второго реверсивного счетчи ка 7 поступает целое число периодов,

5 равное количеству периодов, поступившему в этот счетчик за время суммирования, т.е. N2 причем

N,

г Х2

(2)

где fj - среднее значение измеряемой частоты на втором, смежном с первым, временном интервале длительностью tj . При .отсутствии ускорения (0)

t tj. При наличии ускорения

(: О, -г П)

t - t ,

где t - приращение временного интервала измерения.

-jt t - t - - 2 fxa fx.

N2fxi : N,fi2

x-i лг2

(3)

Так как N, N N, выражение. можно записать как:

N - Jfx

i Jt

X1

fx2

где df., f,,. - f,

- абсолютное значение приращения частоты.

Фиксируемый временной интервал длительностью 4t пропорционален скорости изменения частоты, т.е. . ускорению, он может измеряться, например, электронно-счетным частотомером в режиме измерения временного интервала или (при его квантовании импульсами масштабирующей частоты) другим прибором, а индикатор знака, в зависимости от очередности срабатьшания триггеров 9 и 10, ука зьшает знак измеряемого ускорения. С обнулением обоих реверсивных счетчиков 6 и 7 задним фронтом импульса на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 включается формирователь 4 импульса сброса, подготавливающий схему к очередному измерению.

Формула изобретени . Цифровое устройство для измерени ускорения, содержащее частотный датчик скорости, выход которого соединен с входом формирователя импуль322376

сов измеряемой частоты, генератор опорной частоты, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй триггеры, формирователь импульса сброса и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, соединенньш входами с выходами триггеров , а выходом - с выходом цифрового устройства и входом формирова 0 теля импульсов сброса, первый выход которого подключен к сбросовым входам триггеров, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены

15 формирователь импульса заданной длительности, сбросовый вход которого соединен с первым выходом формирователя импульса сброса, а информационные входы - с разрядными выходами

2Q первого реверсивного счетчика, выход обратного переноса которого подключен к установочному входу первого триггера, блок управления, первый вход которого соединен с выходом фор25 мирователя импульса заданной длительности, второй вход - с выходом формирователя импульсов измеряемой частоты, третий вход - с выходом генератора опорной частоты, четвертый вход 30 с первым выходом формирователя импульса сброса, второй выход которого соединен со сбросовыми входами реверсивных счетчиков, а первый и второй выходы блока управления соединены соотT.- ветственно с суммирующим и вычитающим

Jb

входами первого реверсивного счетчика, третий и четвертый выходы - с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, выход об40 ратного переноса которого соединен с установочным входом второго триггера, индикатор знака, одним и другим входами соединенньй соответст- ;венно с прямыми выходами первого и

45 второго триггеров и входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходом подключенного к второму входу формирователя импульса сброса, первый вход которого является пусковым входом устройст50 «а.

Составитель А.Чистяков Редактор А.Ворович Техред М.Дидык Корректор М.Демчик

Заказ 4811 Тираж 776Подписное

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

Фиг. г

Изобретение может быть использовано для измерения ускорения объектов , величина скорости которых пред ставлена э виде частотного гармонического сигнала. Цель изобретения - повьшение точности измерений. Устройство содержит частотный датчик 1 скорости вращения, формирователь 2 импульсов скважности, генератор 3 образцовой частоты, формирователь 4 импульса сброса, блок 5 управления. реверсивные счетчики 6 и 7, формирователь 8 импульса заданной длительности, триггеры 9 и 10, индикатор 11 и элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 12. Введение новых элементов и образование новьпс связей между элементами устройства позволяет фиксировать временной интервал длительностью, пропорциональной скорости изменения частоты, т.е. ускорению. Он может измеряться электронно-счетным частотомером в режиме измерения временного интервала или при его квантовании импульсами масштабирующей частоты. ., Индикатор знака в зависимости от очередности срабатьтания триггеров 9 и 10 укажет знак измеряемого ускорения. С обнулением реверсивных счетчиков 6 и 7 задним фронтом на вьпсо- де элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 включается формирователь 4 импульса. сброса, подготавливающий схему к очередному измерению. 2 ил. (Л с 00 оо N) э со Д/г)