Измеритель частоты вращения вала Советский патент 1990 года по МПК G01P3/489 

Фиг..1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электропривода, например, металлорежущих станков, моделирующих стендов, лентопротяжных механизмов и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерителя частоты вращения вала за счет увеличения диапазона измеряемых частот, и увеличения быстродействия.

На фиг.1 приведена функциональная схема измерителя частоты вращения вала; на фиг.2 -пример выполнения блока формирователей для четырехка- нального блока счетчиков;на фиг.3 временные диаграммы, поясняющие работу измерителя частоты вращения вала.

Устройство (фиг.1) содержит вращающийся трансформатор 1 (ВТ), формирователь 2 гармонических сигналов (ФГС), блок 3 формирователей (БФ), генератор 4 тактовых импульсов (Г) блок 5 счетчиков (СТ), мультиплексор 6 (Мс), регистр 7 (Рг),фазосдгигаю- щий компаратор 8 (ФСК), формирователь 9 импульса записи (ФИЗ), формирователь 10 синхроимпульса (ФСИ), форМ1 рователь 11 кода опроса (ФКО).

Выход Г4 подключен к первому входу СТ5 и к входу ВТ1 через ФГС2, причем выход ФТ1 подключен к второму входу СТ5 через БФЗ, п выходов СТ5 подключены к соответствующим входам Мсб, выход которого подключен к входу данных Рг7. Вход ФЙК8 образует вход БФЗ, выход ФСК8 подключен к входу ФСИ10, первый выход которого под- ключей к выходу БФЗ и к входу ФИЗ, выход которого образует второй дополнительный выход БФЗ, второй выход ФСИ10 подключен к входу ФК011, выход которого образует первый допол- нительный выход БФЗ,. соединенный с управляющим входом Мсб, второй дополнительный выход подключен к входу синхронизации Рг7. Дополнительный вход БФЗ, образованный вторым входом ФСИ10, подключен к выходу Г4.

Исполнение блоков, входящих в состав БФЗ (фиг.2), зависит от выбранного числа и каналов формирования кода NW, частоты вращения вала. ФКО 11 представляет собой устройство реализующее лггическую функцию выбора нужного канала формирования кода и может быть собран на базе логических элементов (ЛЭ) 2И-НЕ 12-14. В общем случае ФСКВ включает в себя п/2 снабженных входными фазосдвигаю- щими цепями компараторов КО 15 и 16, выполненных, например, на базе операционного усилителя, ФСИ10 включает себя п синхронных триггеров(Т)17-20 и п двухвходовых логических вентилей (ЛВ) 21-24, а ФИС9 представляет собой n-входовый логический элемент И-НЕ.

На фиг. 2 приведен пример реализации указанных устройств для 4-ка нального блока счетчиков.

Измеритель частоты вращения вала работает следующим образом.

Г4 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов С1к (фиг.1 и 3) с частотой fг, которая поступает на первый вход СТ5, на вход ФГС2 и на дополнительный вход БФЗ. На выходе ФГС2 формируется система синусоидальных напряжений для запитки ВТ1 U (фиг,1) Uc включает в себя две составляющих «OS Uoc.

juos Uo «KcsinoJ0t; () luoc e иом«кс coswot,

где U - амплитуда синоусидаль- л о( кс

ного напряжения на выходе -ФГС 2,

W,- частота запитки ВТ1, численно равная 2ПГ

ил

N,

(2)

где N - объем счетчика, входящего

в состав ФГС2.

На выходе ВТ1 имеем напряжения (.фиг.1 и 2), изменяющиеся по закону

(

1S

U1 мсскс t ±рв);

1C U1M«cCOs(w,t ±pfl), (3)

где U. - амплитуда синусоидального напряжения на выходе Р - число пар полюсов ВТ1, для

простоты Р 1 ; в - геометрический угол между

осью синусной первичной обмотки ВТ1 и осью синусной выходной обмотки. Система синусоидальных напряжений (3 ) с выхода ВТ1 поступает на вход БФЗ, образованный входом ФСК8.

В общем случае для п-канальной системы ФСК8 состоит из п/2 суммирующих двухвходовых компараторов, входы которых образованы двумя весовыми резисторами RJ( и Rc,- , синусная составляющая приходит на R$,, косинусная - на ИС . Величины сопротивлений резисторов выбираются в соответствии с выражениями

R,

s in if (; os if§

(4) (5)

п

(7)

где R г- - величина базового сопротивления ,

u(fi, (6)

где i - 1 ,2...п/2, где п - четное число каналов формирования кода Hw, id угол сдвига между соседними выходными сигналами суммируюших компараторов, численно равный

„,„ 36°

йЦ

При этом выходное напряжение компаратора будет иметь вид

U,; - signfR5iU1s RcfU1c

« signCRff-U1MaKCsin(u/dt± 0-Kf.).

Таким образом, на выходе ФСК8 формируется п/2 последовательностей прямоугольных импульсов, сдвинутых друг относительно друга на угол 3lf.

Б качестве примера рассмотрим че- тырехканальную систему. В этом случае ФСК8 состоит нч двух нуль-органов HOI50 Н016.

Сигналы с выходов Т17-20, как показано на фиг . 2,поступают в ФК01 1 на его ДЭ12-14, выполняющие функцию И-НЕ, На выходе ФКОИ, образованном выходом ЛЭ14 и вторым входом ЛЭ12, формируется код опроса (вектор А), состоящий из двух компонентов (фиг.2 и 3).

а,

zs

11С

Ltc Hs xic i

(Ю) (П)

Сигналы с выходов Т17-20 также поступают на входы ЛВ21-24, входящих в Состав ФСИ10. На выходе ФСИ10 получаем четыре последовательности синхроимпульсов(вектор L) .

L,

Ji 3

.

25

30

20

L15 11S

L, - Т

is

IS i

1C

If.

L, Т

1C

1C

(12) (13) (14) (15)

Го

Для n-канальной системы t ФСИ работает аналогичным образом.

С выхода ФСИ10 последовательности синхроимпульсов поступают на-вход vM09, образованный входами ЛЭ25, выполняющего функцию И-НЕ. На выходе ФИ09 получаем последовательность импульсов опроса

U,

ц.ц

Ч Ч

06)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электропривода, например, металлорежущих станков, моделирующих стендов, лентопротяжных механизмов и т.д. Для повышения точности измерения частоты вращения вала в измеритель частоты вращения вала, содержащий вращающийся трансформатор 1, формирователь 2 гармонических сигналов, блок 3 формирователей, генератор 4 тактовых импульсов, счетчик 5, мультиплексор 6, введен регистр 7, блок 3 формирователей состоит из фазосдвигающего компаратора 8, формирователя 9 импульса опроса, формирователя 10 синхроимпульсов, формирователя 11 кода опроса и снабжен дополнительным входом и первым и вторым дополнительными выходами, а счетчик 5 выполнен N-канальным. Введение указанных блоков позволяет получить такой же эффект, как и при использовании многообмоточных вращающихся трансформаторов, однако измеритель содержит обычный двухобмоточный вращающийся трансформатор. 3 ил.

На выходе ФСК8, образованноходами Н015, HOI6, формируются налы U,

IS

и Ulc U 15 sigflUtS sin(oJ0t + 6)Ji

fMOKC

U

гс

signU1c « cos(oJ0t ±6 )J.

1МЙКС

Эти сигналы поступают на вход ФСШО, образованный входами данных Т17 и Т18. На выходе происходит перезапись сигнала, поступакгцего на вход данных, когда на вход синхронизации приходит положительный фронт СЕК {фиг.З). Аналогичным образом работает Т19. На выходах Т17 я Т19 формируются сигналы T1S, Т16(фяг.1-3) Аналогично для Т18, Т20 на их выходах формируются сигналы T,e, Тге(фиг. 1-3) .

Вектор L с выхода БФЗ, образованного первым выходом ФСИ10( поступает на вход п-канального счетчика СТ5.

Каждый из п каналов СТ5 представляет собой синхронный двоичный реверсивный счетчик5 снабженный входами данных (вход D), синхронизации (вход С) и разрешения записи (вход LCtt(j) ,

При появлении на входе Loe(ej счетчика соответствующего канала импульса L(, L, L3 или L4 и положительного фронта импульса СЕК на его входе С (момент времени {гна. фиг.З) происходит перезапись кода N6 начальных условий на выход указанного счетчика. При снятии сигнала LI, L4, L3 или L 4 с входа указанный счетчик начинает счет импульсов СЕК,

приходящих на его вход С. Значение кода начальных условий

N.

(17)

где fr - частота сигнала СЕК с выхода Г4

f - частота питающих напряжений на входе ВТ1., За отрезок времени между двумя импульсами на входе Ьйе( счетчика на его вход С придет число N импульсов СЕК

N,.fr-f- ,

(18)

где f, f i f p частота напряжений U на выходе ВТ1. В момент прихода следующего положительного фронта на вход счет- чика на его выходе код N (л}1 примет значение

fr (tfP)

И

k/.

N, - N,

l+fe/f.

f P)

U

(19)

n выходов СТ5 подключены к п информационным входам Мсб, на управ- ляющий вход Мсб приходит код опроса с первого дополнительного выхода БФЗ, образованного выходом ФК01. Мсб выполняет функцию выбора одного из информационных каналов, т.е. в зави- симости от значения кода опроса одна из информационных входов подключается к выходу Мсб. Этот сигнал поступает на вход данных Рг7, на вход синхронизации которого приходит импульс опроса с второго дополнительного выхода БФЗ, образованного выходом ФИб91 На выходе Рг7 происходит перезапись сигнала с входа данных в момент t (фиг.З) прихода положительного фронта импульса опроса с выхода ФИ09 и сохраняется до прихода следующего импульса опроса.

t. момент времени перезаписи зна- ченкя кода N.(j на выходе Мсб на выход Рг7;

t запись кода Ne начальных условий на выход счетчика 1-го канала СТ5}

tL - начало счета счетчика 1-го

канала СТ5, переключения Мсб, подключение выхода (i+l)-ro канала Ст5 к входу данных Рг7 (Фиг.З).

, o

5

0

5 0 о Q

45

50

55

Таким образом , благодаря наличию п каналов формирования кода К частоты вращения вала, предлагаемое устройство формирует указанный код п раз за один период питающих bit напряжений. Это позволяет при фиксированной частоте опроса снизить частоту питающих напряжений ВТ1 и за счет этого увеличить диапазон измеряемых частот. Формула изобретения

Из еритель частоты вращения вала, состоящий из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, формирователя гармонических сигналов, вращающегося трансформатора, блока формирователей, блока счетчиков и мультиплексора, причем выход генератора тактовых импульсов соединен также с дополнительными входами блока формирователей и блока счетчиков, а управляющий выход блока формирователей соединен с управляющим входом мультиплексора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введен регистр, соединенный последовательно с мультиплексором, причем вход управления регистра соединен с третьим выходом блока формирователей, а блок счетчиков выполнен многоканальным, блок формирователей состоит из фазсодвигающего компаратора, формирователя синхроимпульсов, формирователя кода опроса, формирователя импульса записи, при этом вход фазо- сдвигающего компаратора образует вход блока формирователей, выход фа- зосдвигающего компаратора подключен к входу формирователя синхроимпульсов, первый выход которого подключен к выходу блока формирователей и к входу формирователя импульса записи, выход которого образует третий выход блока формирователей, второй выход формирователя синхроимпульсов подключен к входу формирователя кода опроса, выход которого образует управляющий выход блока формирователей, соединенный с управляющим входом мультиплексора, второй вход формирователя синхроимпульсов образует дополнительный вход блока формирователей и подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

)