Устройство для измерения скорости движения Советский патент 1989 года по МПК G01P3/64 

1

Изобретение относится к технике измерения параметров движения, в частности к приборам, измеряющим интервал времени прохождения мерного участка, по которому определяется скорость объекта, и может быть использовано в лабораторных условиях для исследования динамики движения магнитной ленты в различных режимах работы лентопротяжного механизма.

Цель изобретения - расширение информативных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - структурная схема вспомогательного счетного блока; на фиг. 4 - структурная схема блока синхронизации; на фиг. 5 - схема оптической системы,- на фиг . 6 - временные диаграммы работы устройса- ва.

Устройство для измерения скорости движения содержит приемник 1 излучения, формирователь 2 импульсов, блок 3 управления, первый двоичный счетчик 4, переключатель 5, первый элемент ИЛИ 6, триггер 7, второй элемент ИЛИ 8, третий элемент ИЛИ 9, генератор 10 импульсов, кнопку I1

4ь Ч ЗЭ

оо со

е

Данные, делитель 12 частоты, элемент И 13, последовательно-параллель ный регистр 14, оперативное запоминающее устройство 15, второй двоичный счетчик 16, вспомогательный счетный блок 17, блок 18 синхронизации, десятичный счетчик I9, дешифратор 20, цифровой индикатор 21, кнопку 22 установки режима и кнопку 23 сброса.

Блок 3 управления (фиг. 2) содержит И 24, схему 25 разрешения начала отсчета, исполнительное устройство 26 и клавиатуру 27.

Вспомогательный счетный блок 17 (фиг. 3) содержит элемент И 28, двоичный счетчик 29 и мультиплексор 30.

Блок 18 синхронизации (фиг. 4) содержит переключатель 31, первый формирователь 32 импульсов, второй формирователь 33 импульсов, элемент ИЛИ 34 и распределитель 35 тактовых (импульсов,

Приемник 1 излучения соединен с формирователем 2 импульсов, выход которого соединен с входом элемента

24 и первым входом схемы 25 (связь 36), выходы набора кода номера меток клавиатуры 27 соединены с соответствующими входами схемы 25, а выходы управления исполнительным устройством клавиатуры 27 - с соответствующими входами исполнительного устройства 26. Выходы схемы 25 соединены с первым входом исполнительного устройства 26 и с вторым входом элемента И 24 и входом элемента И 28 (связь 37), а выход элемента И 24 связан со счетным входом счетчика 4 и входом элемента ИЛИ 9 (связь 38) , один выход счетчика 4 соединен с входом элемента ИЛИ 6, остальные его выходы подключены к переключателю 5, общий вывод которого связан с R-входом счетчика 4 и входом элемента ИЛИ 8, второй вход которого через кнопку 11 связан с полюсом источника питания, а выход - с S-вхо- дом триггера 7, R-вход которого связан с выходом элемента ИЛИ 6, второй вход которого подключен к выходу делителя I2 частоты. Инверсный выход триггера 7 подключен к R-входу делителя 12 частоты, переключателю 31 (связь 39) и Vx-входу мультиплексора 30 (связь 39), а прямой выход грит 1 ера 1 к входу элемен0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

та И 13, входу формирователя 32 импульсов (связь 40)и Vu-входу мультиплексора 30 (связь 40) . Выход генератора 10 импульсов соединен со счетным входом делителя 12, вторым входом элемента И 13 и входом элемента И 28 (связь 41), выход элемента И 13 соединен со счетным входом регистра 14, параллельный вход которого соединен с выходом данных ОЗУ 15, вход предварительной установки регистра 14 соединен с его выходом переноса и вторым входом элемента ИЛИ 9, параллельный выход регистра 14 соединен с Х-входом мультиплексора 30 (связь 42), адресный вход ОЗУ 15 соединен с выходом счетчика 16, а вход данных - с параллельным выходом мультиплексора 30 (связь 43). Выход элемента И 28 соединен со счетным входом счетчика 29, параллельный выход которого соединен с Y-входом мультиплексора 30. Первый выход распределителя 35 подключен к R-входу регистра 14 (связь 44) , второй его выход - к счетчику 29 (связь 45) , а третий выход распределителя 35 - к входу записи ОЗУ 15 (связь 46), первый вход распределителя 35 соединен с выходом элемента ИЛИ 34 и счетным входом счетчика 1 6 (связь 47), второй его вход - с входом элемента ИЛИ 34 и выходом формирователя 32, а третий вход - с вторым входом элемента ИЛИ 34 и выходом формирователя 33, вход которого подключен к переключателю 31 и третьему входу элемента И 28 (связь 48), четвертый вход распределителя 35 соединен (связь 49) через кнопку 22 с полюсом источника питания. Выход элемента ИЛИ 9 связан с входом счетчика 19, выход которого через дешифратор 20 связан с цифровым индикатором 21 . Кнопкой 23 производится установка на ноль регистра 14, счетчиков 4, 16, 19 к 29 (связь 50) . Излучатель 51 с приемником 1 (фиг. 5) установлены по одну сторону от ленты 52 и образуют оптопару.

Устройство работает в два этапа.

На первом этапе (при движении объекта измерения) происходит формирование интервалов времени прохождения базового участка, преобразование интервала в пропорциональное количество импульсов, ввод полученных

данных в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 15.

На втором этапе (по окончании движения) из ОЗУ 1 5 извлекаются данные о времени прохождения базовых участков в инверсном коде и преобразуются в количество импульсов, пропорциональное скорости.,

Рассмотрим работу устройства на примере измерения скорости движения магнитной ленты, которая является и измеряемым объектом, и измерительным элементом.

При движении магнитной ленты 52 на выходе формирователя 2 импульсов появляется серия импульсов U4 (фиг,6) которые поступают на вход блока 3 управления. Схема 25 разрешения начала отсчета производит подсчет импульсов U до числа N, устанавливаемого с помощью клавиатуры 27.При поступлении на вход схемы 25 N-ro импульса U2 с ее выходов на вход элемента И 24 и вход исполнительного устройства 26 поступает сигнал U2 с уровнем 1, разрешая работу последнего по коду, установленному на клавиатуре 27, а на выходе элемента И 24 появляется серия импульсов UZ4. по переднему фронту которых происходит изменение состояния двоичного счетчика 4.

Формирование временных интервалов и преобразование их в пропорциональное количество импульсов может осуществляться двухтактным и однотакт- ным способами, определяемыми положением переключателей 5 и 31 .

В первом случае, когда общий вывод переключателя 5 подключен к второму выходу счетчика 4, а общий вывод переключателя 31 - к инверсному выходу триггера 7, линейные координаты точек траектории, в которых производятся отсчеты скорости, определяются формулой

1 (N + I - 1)5,

где 1 - расстояние от точки начала движения объекта до точки отсчета, м ,

Ј - порядковый номер отсчета; N - номер метки начала отсчета; S - базовое расстояние измерительного элемента (ленты)м. При установке в состояние 1 разряда счетчика 4, который через переключатель 5 связан с входом элемен

,

35

та ИЛИ 8,происходит сброс в О счетчика 4 и переключение триггера 7. При этом его прямой выход 40 устанавливается в 1, а инверсный 39 - в О. При поступлении очередного импульса Ui4 на вход счетчика 4 на его первом выходе появляется 1, которая через элемент ИЛИ 6 сбрасывает триггер 7

10 в первоначальное состояние. Таким образом, на прямом и инверсном выходах триггера 7 формируются импульсы Unp7 и Un.7 , длительность которых и интервалы между которыми рав15 ным интервалу времени прохождения базового участка. В исходном состоянии уровень I с инверсного выхода 39 триггера 7 поступает на Vx- вход мультиплексора 30 и через пере20 ключатель 31 - ка вход формирователя 33 импульсов и вход 48 элемента И 28, разрешая работу последним и устанавливая мультиплексор 30 в режим передачи данных UX30 по Х-ка-

25 налу, т.е. передачи данных с параллельного выхода 42 регистра 14 на вход 43 данных ОЗУ 15. Уровень О с прямого выхода 40 триггера 7 поступает на У(.-вход мультиплексора 30,

30 на вход формирователя 32 импульсов и вход элемента И 13, запрещая работу последним и блокируя Y-вход мультиплексора 30.

i

В момент прихода на вход 37 элемента И 28 сигнала U2S. на выходе последнего появляется последовательность импульсов UBblxга,следук щая с частотой, которую вырабатывает ге-

40 нератор 10 импульсов. Эти импульсы поступают на вход счетчика 29, где они суммируются и преобразуются в параллельный код U ц J0 , который поступает на Y-вход мультиплексора 30,

45 но не проходит на его выход 43.

При сбросе в О инверсного выхода 39 триггера 7 на первом такте работы и далее по заднему фронту импульсов U3t происходит блокироваg0 ние элемента И 28, Х-входа мультиплексора 30 и формирование в блоке 18 синхронизации коротких импульсов

ивЫ«.34 U35(4S) U35(46) a ПО ПврбДнему фронту импульсов Unp 7 происхо- 55 дит разрешение работы элемента И 13 и переключение мультиплексора 30 в режим передачи данных Y- каналу, т.е. передачи данных с параллельного выхода счетчика 29 на

вход 43 данных ОЗУ 15. При этом с выхода элемента И 28 на вход счетчика 29 прекращается поступление импульсов UBbu а, а начинается поступление с выхода элемента И 13 на счетный вход регистра 14 импульсов UBblx ъо вырабатываемых генератором 10. Импульс, сформированный формирователем1 32, поступает на второй вход распределителя 35 и через элемент ИЛИ 34 (U6b|x Э4 ) - на первый вход распределителя 35 и вход 47 счетчика 16, изменяя его состояние. Таким образом, на первом такте работы на вход адреса ОЗУ 15 с выхода счетчика 16 поступает код, соответствующий первой точке измерения скорости, с выхода счетчика 29 через Y-канал мультиплексора 30 на вход 43 данных ОЗУ 15 поступает код Uu3o пропорциональный интервалу времени, который записывается в ОЗУ 15 импульсом З5(4б) сформированным из поступившего на второй вход распределителя 35 импульса ирь|1(|3ги несколько задержанного относительно импульса

ВЫХ 34 (На Ч ) а ИМПУЛЬСОМ

is(4s) сФ°РмиР°ванным из поступившего на первый вход распределителя.35 импульса U6b:Xi г4 и несколько задержанного относительно импульса ) (на время ) осуществляется сброс в 0м счетчика 29.

При сбросе в О прямого выхода 4 триггера 7 наступает второй такт работы, при котором блокируется элемент И 13, формирователь 32 импульсов, Y-вход мультиплексора 30 и по заднему фронту импульсов Unp-7 происходит формирование в блоке 18 синхронизации импульсов UBblxJ1), и35Й6, , U35(44) П° переднему фронту импульсов U3( наступает разрешение работы элемента И 28, формирователя 33, а по переднему фронту импульса UM7 переключение мультиплексора 30 в режим передачи данных ихго по Х-каналу При этом кончается поступление импульсов ивых о на вход регистра 14, а начинается поступление импульсов U8b/x 2g на вход счетчика 29. Импульс, сформированный на этот раз формирователем 33, поступает на третий вход распределителя 35 и через элемент ИЛИ 34 (ивыу 14) - на первый вход распределителя 35, а также вход 47 счетчика 16, изменяя снова его состояние прибавлением единицы. На вход

адреса ОЗУ 15 с выхода счетчика 6 поступает теперь код, соответствующий второй точке измерения скорости,

с выхода 42 регистра 1 4 через Х-ка- нал мультиплексора 30 на вход 43 данных ОЗУ 15 поступает код Ux,0 , который записывается в ОЗУ 15 импульсом U .6, , сформированным из поступившего на третий вход распределителя 35 импульса UBbljr i и несколько задержанного относительно импульса UBUX го (на время Ј| ) , а импульсом (44, сформированным из поступившего на первый вход распределителя 35 импульса U9blx и несколько задержанного относительно импульса . (на время ) s осуществляется сброс в О регистра 14. Далее такты по мере движения измерительной ленты периодически повторяются. При подключении общего вывода переключателя 31 к минусу источника питания при одно- тактном способе преобразования на

выходе последнего устанавливается О, запрещая, таким образом, прохождение ИМПУЛЬСОВ Uewx 28 на ВХОД счетчика 29, формирование импульсов UBb(Jf 4 формирователем 33 и соответственно получаемых из них импульсов U,5(46) и U55/45j . Формирование временных интервалов Ипрл определяется положением переключателя 5. Длительность этих импульсов равна интервалу времени прохождения базового участка, а интервалы между ними равны времени прохождения участков, длина которых определяется по формуле

m

1 4 2 -s -KN-O-S

(2)

5

0

5

где 1 - расстояние от начала движения объекта до точки отсчета, MJ

4- порядковый номер отсчета,1 m - порядковый номер разряда

двоичного счетчика 4, который соединяется с общим выводом переключателя 5,

5- базовое расстояние измерительной ленты, м N - порядковый номер базового участка, с которого разрешается проводить начало отсчета.

В этом случае, в отличие от предыдущего, происходит преобразование в пропорциональное количество импульсов только временных интервалов

U

np 7

причем только с четными номерами базовых участков, определяемых формулой (2).

В обоих случаях с выхода элемента И 24 блока 3 управления на вход 38 элемента ИЛИ 9 поступает серия импульсов , количество которых равно количеству базовых участков S пройденных за время движения, начиная с участка с номером N. Эти импульсы поступают с выхода схемы ИЛИ 9 на вход десятичного счетчика 1 9 и информация через дешифратора 20 отображается на цифровом индикаторе 21, по показаниям которого определяется пройденный путь от начала базового участка с номером N по формуле

L A-S

(3)

где L S А

длина пройденного пути, м; базовый-участок, м; показания цифрового индикатора .

При окончании первого этапа работы устройства информация о параметрах измеренного движения (кордина- ты точек и интервалы времени прохождения базовых участков) занесена в ОЗУ 15, на цифровом табло отображается длина пройденного участка в единицах длины базового участка S.

Переход к второму этапу работы усройства осуществляется нажатием кнопки 23 и кнопки 22, при этом устанав- ливаютсяв о двоичный счетчик- 4, десятичный счетчик 1 9, двоичный счетчик 16, двоичный счетчик 29, на вход адреса ОЗУ 15 с выхода счетчика 1 6 поступает адрес пер- вой точки измерения, а на вход регистра 14 с выхода ОЗУ 15 поступает инверсный код числа Rn, пропорционального интервалу времени прохождения базового участка, и заносится в регистр 14. Преобразование кода числа Rn в количество импульсов, пропорциональное скорости, осуществляется нажатием кнопки 11. На S-вход триггера 7 через элемент ИЛИ 8 поступает 1, устанавливающая на прямом выходе 40 триггера 7 уровень 1 а на инверсном выходе 39 триггера 7- 0. При этом одновременно начинают работь делитель 12 частоты и элемент И 13. На выходе последнего появляются импульсы, которые поступают на счетный вход регистра 14 и

o

5

0

5

0

суммируются с введенным предварительно числом Rn. При поступлении импульсов Ueb(I 1} на выходе переноса при переполнении регистра 14 появляется импульс, который поступает на вход элемента ИЛИ 9 и далее в десятичный счетчик 19, а также на вход предварительной установки регистра 14 и в него с ОЗУ 15 вновь вводится число Rn. При дальнейшем поступлении импульсов UBbtx 1 регистр 14 вновь переполняется, и далее все повторяется до тех пор, пока не будет сброшен триггер 7, а это произойдет после появления на , выходе делителя 12 частоты импульса, который через элемент ИЛИ 6 сбрасывает триггер 7. При сбросе триггера 7 на вход 47 двоичного счетчика 16 поступает импульс UBbl)f J4,no которому счетчик 16 меняет состояние. При этом изменяется на единицу адрес, поступающий на адресный вход ОЗУ 15, а на его выходе появляются данные, соответствующие второй точке измерения, и в регистр 14 вводится новое число Rn+.. За этот цикл работы на вход счетчика 19 поступает количество импульсов, которое определяется выражением

Т

Ј М

(4)

5

0

5

0

5

где В - коэффициент деления делителя 1 2 частоты;

М - число импульсов генератора, поступивших на вход регистра 14.

Таким образом, число, записанное в десятичном счетчике 19, находится в обратной- зависимости от числа М импульсов и, следовательно, в прямой зависимости от скорости прохождения базового участка,и на цифровом индикаторе 21 считывают непосредственно показания скорости. Значения коэффициента В делителя 12 частоты и частоты генератора 10 импульсов выбираются исходя из допустимых погрешностей квантования интервала времени, диапазона измеряемых скоростей и допустимой погрешности при вычислении скорости.

Для вывода на цифровой индикатор 21 значений скорости для второй и последующих точек траектории движения повторно нажимают кнопку 11, в результате запускается схема вычисления, Данные о скорости в различных точках сводят в таблицу, по ним строится скоростная характеристика.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости движения, содержащее измерительный элемент с равномерно нанесенными на него метками, излучатель, приемник излучения, формирователь импульсов, два двоичных счетчика, два элемента ИЛИ, переключатель, триггер, делитель частоты, генератор импульсов, элемент И, последовательно-параллельный регистр, оперативное запоминающее устройство, десятичный счетчик, дешифратор, цифровой индикатор, две кнопки, причем приемник излучения соединен с формирователем импульсов, первый выход первого двоичного счетчика соединен с входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, а остальные выходы первого двоичного счетчика подсоединены к переключателю, оби ий вывод которого связан с R-входом первого счетчика и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого через кнопку связан с полюсом источника питания, выход второго элемента ИЛИ соединен с 3-входом триггера R-вход которого соединен с выходом первого элемента МНИ, инверсный выход триггера связан с R-входом делителя частицы, а прямой выход - с входом элемента И, второй вход которо- тч связан с выходом генератора им- пульсов и счетным входом делителя частоты, а выход элемента И соединен со счетным входом последовательно- парадпельного регистра, параллельный вход которого соединен с выходом данных оперативного запоминающего устройства, адресный вход которого соединен с выходом второго двоичного счетчика, вход предварительной установки последовательно- параллельного регистра соединен с его выходом переноса, выход десятичного счетчика через дешифратор связан с цифровым индикатором, а у -. -- новочные входы счетчиков и регистра соединены через кнопку сброса с полюсом источника питания, о т п и - чающееся тем, что, с целью расширения информативных возможностей устройства, в него дополнительно введены блок управления, состс - щий из элемента И, схемы разрешения начала отсчета, клавиатуры и исполнительного устройства, причем вход элемента И соединен с выходом формирователя импульсов и с первым входом схемы разрешения начала отсчета, выходы которой соединены соответственно с первым входом исполнительного устройства и вторым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого двоичного счетчика, остальные входы схемы разрешения

начала отсчета соединены с соответствующими выходами набора кода номера меток клавиатуры, выходы управления исполнительным устройством которой связаны с соответстзуюшими вхоС дами исполнительного устройства, третий ЭЛЕМЕНТ ИЛИ, первый вход которо- о соединен с выходом переноса последовательно-параллельного регистра} второй вход соединен с выходом эле5 мента И блока управления, а выход - с первым входом десятичного счетчика, вспомогательный счетный блок, включающий в себя элемент И, двоичный счетчик и мультиплексор, при0 чем первый вход элемента И блока соединен с выходом генератора импульсов, второй его вход - с вторым входом элемента И блока управления, а выход элемента И вспомогательного

2 блока соединен со счетным входом двоичного счетчика блока, второй вход которого соединен с кнопкой сброса, а параллельный выход подключен к Y- входу мультиплексора, Х-вход котороо го соединен с параллельным выходом последовательно-параллельного регистра, параллельный выход мультиплексора соединен с входом данных оперативного запоминающего устройг ства, и блок синхронизации, состоящий из переключателя, двух формирователей импульсов, элемента ИЛИ и распределителя тактовых импульсов, первый выход которого соединен с R- входом последовательно-параллельного регистра, второй выход - с R-входом двоичного счетчика вспомогательного счетного блока,а третий выход - с входом записи оперативного запоминающего устройства ,перЈ|ни вход распределителя

0

5

тактовых импульсов соединен с дом элемента ИЛИ блока и счетным входом второго двоичного счетчика, в юрой яход - с входом элемента ИЛИ

блока и выходом первого формирователя импульсов, вход которого соединен с V -входом мультиплексора ,вспомогательного счетного блока и прямым выходом триггера, третий вход распределителя соединен с вторым входом элемента ИЛИ блока и выходом второго формирователя импульсов, вход которого подключен к третьему входу элемента И вспомогательного счетного блока и через переключатель к Vx-входу мультиплексора вспомогательного счетного блока и инверсному выходу триггера, четвертый вход распределителя связан через кнопку установки режима с полюсом источника питания.

Изобретение относится к технике измерения линейной или угловой скорости. Цель изобретения - расширение информативных возможностей устройства. Для этого в устройство для измерения скорости движения введены блоки: управления, вспомогательный счетный и синхронизации. Устройство позволяет производить измерения скорости прохождения заранее заданного мерного участка с порядковым номером N, а также последующие измерения скорости с любого порядкового номера мерного участка, устанавливаемого программно. Устройство работает в два этапа: на первом этапе при движении измерительного элемента происходит формирование интервалов времени прохождения базового участка, преобразование интервала в пропорциональное количество импульсов, которое преобразуется в код поочередно двоичным счетчиком и последовательно-параллельным регистром, а коды записываются в оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ). На втором этапе после окончания движения из ОЗУ извлекаются коды в инверсной форме и методом досчета преобразуются в коды, пропорциональные скорости прохождения базовых участков. 6 ил.

Фиг.З

47

Фиг. 4

Фиг. 5