Устройство для измерения параметров вращения Советский патент 1990 года по МПК G01P3/56 

Фиг.1

ных - измерители периодов сигналов с датчиком, а также блок 16 вычисления, например микроЭВМ, введен блок 5 предварительного измерения разности частот. В случаеj если абсолютные значения частот вращения велики, а разность между ними мала, блок 5 позволяет получить информации о том, сколько периодов сигналов с датчиков необходимо квантовать импульсами

эталонного генератора 8, чтобы достичь необходимой точности измерения значение которой предварительно введено в блок 16 вычисления. Блок 5 содержи Р частотный компаратор, блок выделения разностной частоты, логические схемы И и ИЛИ и третий программируемый таймер, с помощью которого определяется значение разностной частоты. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерения разности частот вращения двух валов. Для этого в устройство, содержащее два импульсных техометра 1 и 3, два счетных триггера 2 и 4, два программируемых таймера 9 и 10, на нулевых счетчиках которых построены программно управляемые делители частоты, а на остальных - измерители периодов сигналов с датчиков, а также блок 16 вычисления, например микро-ЭВМ, введен блок 5 предварительного измерения разности частот. В случае, если абсолютные значения частот вращения велики, а разность между ними мала, блок 5 позволяет получить информацию о том, сколько периодов сигналов с датчиков необходимо квантовать импульсами эталонного генератора 8, чтобы достичь необходимой точности измерения, значение которой предварительно введено в блок 16 вычисления. Блок 5 содержит частотный компаратор, блок выделения разностной частоты, логические схемы И и ИЛИ и третий программируемый таймер, с помощью которого определяется значение разностной частоты. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и.может найти применение в научно-исследовательских и заводских лабораториях для измерения разности скоростей врап1ения рабочих органов машин и механизмов,

Целью изобретения является расширение динамического диапазона , измерения разности частот вращения двух валов.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения параметров вращения; на фиг.2 - структу эная схема, блока предварительного измерения разности частот.

Устройство для измерения параметров вращения содержит первый импульсный тахометр 1, выход которого соединен с входом первого счетного триггера 2, второй импульсный тахометр 3, выход которого подключен к входу второго счетного триггера 4, блок 5 предварительного измерения разности частот, первьш вход которого соединен с выходом первого счетного триггера 2, а второй вход - с выходом второго счетного триггера 4, первый 6 и второй 7 инверторы, генератор 8 эталонной частоты, выход которого подключен к третьему входу.блока 5 предварительного измерения разности частот, к счетным входам С первого СТ1 и второго СТ2 счетчиков первого программируемого таймера 9, к счетным входам первого СТ1 и второго СТ2 счетчиков второго программируемого таймера 10, выход первого счетного триггера 2 соединен со счетным входом С нулевого счетчика СТО первого программируемого таймера 9, выход второго счетного триггера 4 под1 .лю-, чей к счетному входу С нулевого счетчика СУЮ второго про раммируемо

го таймера 10, вход первого инвертора 6 соединен с выходом О нулевого счетчика СТО первого программируемого таймера 9, с первым входом программируемого контроллера 11 прерываний и с разрешающим входом Р первого счетчика СТ1 первого программируемого таймера 9, а выход - с нулевым входом программируемого контроллера

11 прерываний, с разрешающим входом Р второго счетчика СТ2 первого программируемого таймера 9,, вход второго инвертора 7 подключен к счетному входу С нулевого счетчика СТО второго программируемого таймера Ю, к третьему входу программируемого контроллера 11 прерываний и к разрешающему входу Р первого счетчика СТ1 второго программ1фуемо1 о таймера 10, а выход - к второму входу программируемого контроллера 11 прерываний и к разрешающему входу Р второго счетчика СТ2 второго программируемого таймера 10, первый выход блока 5

предварительного измерения разности частот соединен с четвертым входом программируемого контроллера 11 прерыванш г, а второй выход блока 5 предварительного измерения разности

частот подключен к пятому входу

программируемого контроллера 11 прерываний, посредством системной шины 12 центральный процессор 13 связан с блоком 14 оперативной памяти и

блоком 15 индикации, входящими в

состав блока 16 вычисления, а также с первым 9 и вторым 10 программируемыми таймерами, программируемым контроллером 11 прерываний и блоком 5 предварительного измерения разнос

ти частот.

Блок 5 предварительного измерения разности частот включает в себя частотный компаратор 17, первый выход

которого подключен к первому входу первой логической схемы И 18 и к первому входу второй логической схе №1 И 19, второй выход - к первому входу третьей логической схемы И 20 и к первому входу четвертой логической схемы И 21, первый вход - к второму входу первой логической схемы И 18 и к второму входу третьей логической схемы И 20, а второй вход - к второму входу четвертой логическо схемы И 21, первую логическую схему ИЛИ 22, первый вход которой соедине с выходом второй логической схемы И 19, а второй вход - с выходом третьей логической схемы И 20, вторую логическую схему ИЛИ 23, первый вход которой подключен к выходу первой логической схемы И 18, второй вход - к выходу четвертой логической схемы И 21, а выход - к второму бхо- ду устройства 24 выделения разностной частоты, выход первой логической схемы РШИ 22 соединен . с первым входом устройства 24 выделения разностной частоты, третий инвертор 25, вход которого подключен к выходу устройства 24 выделения разностной частоты, к разрешающему входу Р нулевого счетчика СТО третьего программируемого таймера 26 и к пятому входу программируемого контроллера 11 прерываний, а вькод - к разрешающему входу Р первого счетчика СТ1, третьего программируемого таймера 26 и к четвертому входу программируемого контроллера 11 прерываний, счетный вход С нулевого счетчика СТО третьего программируемого тай- мра 26 соединен с выходом генератора 8 эталонной частоты и со счетным входом С первого счетЧика СТ1 третьего программируемого таймера 26, первый вход частотного компаратора 17 подключен к выходу первого счетного триггера 2,. а второй вход - к выходу второго счетного триггера 4, информационная шина третьего программируемого таймера 26 связана с системной шиной 12 блока 16 вычисления.

Устройство для измерения параметров вращения работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на устройство центральный процессор 13, согласно подпрограмме инициализации, дает команду, запрещающую прерывания, и осуществляет програм6139606

мирование блоков таким образом, что счетчики СТО первого 9 и второго 10 программируемых таймеров работают в режиме деления частоты и в них записывается число 1. Первые СТ1 и СТ2 счетчики первого 9 и второго 10 программируемых таймеров, а также нулевой СТО и первый СТ1 ,Q счетчики третьего программируемого таймера 26 настраиваются на режим прерывания терминального счета. Контроллер 11 прерываний программируется на работу с равным приоритетом по ,5 всем входам. Программа инициализации завершается командой, paзpeшaюD eй прерывания. Импульсы, сформированные первым 1 и вторым 3 импульсными тахометрами поступают че,рез первый 2 20 и второй 4 счетные триггеры, выделяющие их периоды, на нулевые счетчики СТО первого 9 и второго 10 программируемых таймеров. Поскольку коэффициент деления нулевых счетчиков 25 СТО равен 1, то частота импульсов не изменяется.

В результате этого на разрешаюгцем входе Р одного из счетчиков первого программируемого таймера 9 (нлпримср 30 СТ1) установится уровень 1 на время, равное периоду импульса, выработанного импульсным тахометром 1. Этот счетчик начинает регистрацию импульсов эталонной частоты. По окончании импульса, разрешающего работу счетчика, в нем будет зафиксировано число:

40

Ч где Т

(1)

5

0

5

- период сигнала, сформированного первым импульсным тахометром 1 ;

Т - период импульсов эталонной

частоты генератора 8. Перепад напряжения из О в 1 на нулевом входе программируемого контроллера 11 прерываний вызовет центральный процессор 13 из режима ожидания. Следуя этому сигналу и программе его обработки, центральный процессор 13 запишет число N, зафиксированное первым счетчиком СТ1 первого программируемого таймера 9 в первую ячейку блока 14 оперативней памяти и, подготовив счетчик к новому циклу регистрации, вернется к режиму ожидания прерьшания.

Одновременно с этим на раз1 ешаю- щем входе Р одного из счетчиков

(например СТО второго программируемого таймера 10 установится уровень 1 на время, равное периоду сигнала, сформированного вторым импульс- ным тахометром 3-. Первый счетчик СТ1 второго программируемого таймера Ю регистрирует импульсы генератора 8 эталонной частоты в течение ука- занного времени. По окончании им- JQ пульса счетчик прервет регистрацию и зафиксирует число

я, - .

L ig

(2)

IS

где Т„ - период гмпульса, сформированного вторым импульсным тахометром 3„

Перепад напряжения из О в 1 на втором входе программируемого 20 контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор -13 из режима ожидания. Следуя этому сигналу и подпрограмме его обработки, центральный процессор 13 перепишет число 25 Ng, зафиксированное- первым счетчи- ком СТ1 второго программируемого таймера Ю, во вторую ячейку блока 14 оперативной памяти к налож11т маску .программным путем на нулевой, ЗО первый, второй и третий входы программируемого, контроллера прерываний, блокирующего прерывания центрального процессора 13 по указанным входам. Подготовив счетчик к ново;чу гщклу у работы, центральный процессор 13 . возвращается з резким ожидания прерывания„

Частотный компаратор 17 сравнивает частоты импульсов, сформированных дО первьм импульсньп тахометром 1 (,) и ззто рым импульсным тахометром 3 (2). В случае, если f, на первом входе Bonbrne частотного компаратора 17 установится уровень 1, 45 а на втором входе Меньше уровень В результате этого третья 20 и четвертая 21 логические схемы И оказываются заблокированными. Ш- пульсы частоты f,, сформированные Q первым импульсным тахометром 1, через первую логическую схему И 18 и вторую логичес1сую схему ИПИ 23 поступают на второй вход устройства 24 выделения разностной частоты. Им- пульсы частоты f, сформированные вторъм импульсным тахометром 3j через вторую логическую схему И 19 и первую логическую схему й,ПИ 22 посту1613960 8

пают на первый вход устройства 24 выделения разностной частоты, которое формирует импульс частотой: fp fa.- f . (3) fj f:,, то на первом выхо- . де Больше частотного компаратора 17 будет установлен уровень О, а на втором выходе Меньше - уровень 1. В результате этого заблокированными оказьгоаются первая 18 и вторая. 19 логические схемы И, Импульсы частоты f I через третью логическую ехеиу И 20 и первую логическую схему ИЖ 22 поступают на первый вход устройства 24 выделения разностной частоты. Импульсы частоты fg через четвертую логическую схему И 21 и вторую логическую схему ИЛИ 23 поступают на второй вход устройства 24 вьщеления разностной частоты, формирующее импульс, частота которого составляет:

р f 1 - i:.(4)

На разрешающем входе Р одного из счетчиков (например СТО) третьего программируемого таймера 26 будет установлен уровень 1 на времяj равное половине периода импульса, частота которого равна разности частот, сформированных импульсными тахометрами 1 и 3. По окончании импульса в счетчике будет зафиксировано ЧИСЛО

тр N - AJ...

F-.2T,

1

2Т„(€, - f,)

(5)

где Тр - период импульса, сформиро- ванного устройством 24.

Перепад напряжения из О в 1 на четвертом входе программируемого контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор 13 из режима бжидания. Следуя этому сигналу и подпрограмме обработки прерывания, центральный процессор 13 запишет в третью ячейку блока 14, оперативной памяти число Np, зафиксированное счетчиком СТО третьего программируемого таймера 26.

Если уровень 1 будет установлен на разрешаюп1;ем входе Р первого счетчика СТ1 третьего программируемого таймера.26, то сигнал прерывания будет сформирован на пятом входе программируемого контроллера It прерываний. Таким образом, число будет зафиксировано счетчиком СТ1 и по прерыванию обмен .инаюрмапией будет

тр AJ...

.2T,

1

2Т„(€, - f,)

(5)

где Тр - период импульса, сформиро- ванного устройством 24.

Перепад напряжения из О в 1 на четвертом входе программируемого контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор 13 из режима бжидания. Следуя этому сигналу и подпрограмме обработки прерывания, центральный процессор 13 запишет в третью ячейку блока 14, оперативной памяти число Np, зафиксированное счетчиком СТО третьего программируемого таймера 26.

Если уровень 1 будет установлен на разрешаюп1;ем входе Р первого счетчика СТ1 третьего программируемого таймера.26, то сигнал прерывания будет сформирован на пятом входе программируемого контроллера It прерываний. Таким образом, число будет зафиксировано счетчиком СТ1 и по прерыванию обмен .инаюрмапией будет

9

осуществляться между оперативным запоминающим устройством 14 и этим счетчиком. После этого центральный процессор формирует сигнал, запрещающий прерьшания, и приступает к вычислению коэффициента К, показьшшо- щего в течение скольких периодов информативных сигналов необходимо производить измерения для обеспечения заданной точности.

Период импульса разностной частоты составляет;

1

fi

где ДТ г- разность периодов информативных сигналов, С учетом формул (1), (2), (5)

,-, ., То N, То N2

(7)

° Tf ToN,ToN2 .ToN.Nz

ZfoNp . 2Np

Ho с другой стороны погрешность регистрации разности за К периодов составляет:

кдТ

(9) (10)

Из выражений (8) и (10) можно получить

(11) (12)

Погрешность измерения вводится в блок вычисления (например, микроЭВМ) 16 в диалоговом режиме и хранится в ячейке блока 14 оперативной памяти,

Исходя из зарегестрированных зна чений и введенной погрешности центральный/процессор 13 осуществляет вычисление коэффициента К по формуле (12). Результат расчета записывается в нулевые счетчики СТО первого 9 и второго 10 программируемых таймаров.

10

15

396010

Для/ второго этапа работы необходимо ввести коррекцию в программирование внеганих устройств микроЭВМ, в роли которых выступают программи5 руемые таймеры 9, 10 и 26 и программируемый контроллер 11 прерываний.- На четвертьш и пятый входы контролера прерываний программным путем накладывается маска 5 исключающая влияние блока 5 предварительного измерения разности частот на работу устройства,. Третий гфогра 1мируемый таймер на втором этапе регистрации значекий не работает.

Первьгй этап измерения завершается командой,, разрешающей прерьша и я. Кмпульсн,, cфop пlpoвaнныe первым та- xcмeтpo f 1 через первый триггер 2

20 поступают ка .чушевой счетчик СТО первого пpoгpaм иpyюп eгG таймера 9. Последний преобразует их в соответствии с выражением;

т: кт,, (13)

где Т, - период лмпульсов на входе

первого СП и второго СТ2 J счетчиков первого ь рограмми- , руемого тай -{ера 9;

. Т( - i ic- иод рмттульсов,, сформиро- 0 ва5 нь-х первым тахометром 1;

К - коэффициент, записанный в нулевой счетчдмк СТО первого программирующего таймера 9. В результате этого на разрешалощем 5 входе Р первого СТ1 шп1 второго СТ2 счетчиков (например второго СТ2) первого программируемого TaftMepa 9 будет установлен уровень 1 на время, равное половине периода импульса, 0 сформирсвсчнного нулепым счетчиком СТО этого же таймера или Второй счетчик СТ2 фиксирует импульсы эталонной частоты генератора 8, пока на его разрешающем входе Р сохра- 5 нится уровень 1. По окончании полупериода информативного импульса на разрешающем входе F этого счетчика будет установлен уровень О и счет прекратится. Таким образо 0 будет зафиксировано число:

N; . (14) Перепад напряжения из О в 1 . на первом входе программируе- 51 мого контроллера прерываний : 11 выведет центральный продес- сор 13 из режима ож1-щанкя„ Следуя этому сигналу и программе его обработки, центральный процессор 13 пеи. 16

решлет зафиксированное значение NJ в ячейку блока 14 .оперативной памяти. Увеличив адрес ячейки памяти и подготовив к новому циклу работы счетчик СТ2 перВ9го программируемого таймефа 9, центральный процессор 13 возвращается в режим ожидания прерывания . Одновременно с этим, импуль- .сы, выработанные вторым тахометром 3, пройдя второй триггер 4 и нулевой счетчик СТО второго программируемого таймера 10, установят на разрешающем входе Р одного из двух других счетчиков (например СТ2) этого же таймера уровень 1 на время., равное полупериоду импульса, сформированного нулевым счетчиком СТО второго программируемого таймера 10 или КТ„, По окончании полупериода импульса на разрешающем входе Р будет установлен уровень О, счет прекратится, а В счетчике будет зафиксировано число:

N гг 2- Т„

(15)

Перепад напряжения из О в 1 на третьем входе программируемого контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор из режима ожидания. Следуя этому сигналу и и программе обработки, центральный процессор 13 дает команду, запрещающую прерывания, и пересылает число N-, зафиксированное счетчиком СТ2 второго программируемого Таймера 10, во вторую ячейку блока 14 оперативной памяти и приступает к обработке результатов по формуле (16) или (17):

.iOO%; (16) NI

Г

N - NI

... .

100%;

(17)

Выбор большего из зарегистрированных значений N, и N , а в соответствии с этим и расчетной формулы осуществляется программно. Вычисленное значение Г вьшодится на блок 15 индикатора.

В предлагаемом устройстве целесообразно использовать микроЭВМ Электроника МС0401 или любую другую, построенную на базе микропроцессорного комплекта К580, КР580, имеющую достаточный объем оперативной памя396012

ти и включающую в себя перечисленные блоки.

Формула изобретения

5

0

. Устройство для измерения параметров вращения, содержащее два импульсных тахометра, два счетных триггера, два программируемых таймера, генера-о тор эталонной частоты, два инвертора, программируемый контроллер прерываний и блок вычисления, выполненный в виде центрального процессора, блока оперативной памяти и блока индикации, связанных между собой системной шиной, причем выходы первого и второго импульсных тахометров соединены с входами первого и второго счетных триггеров соответственно, выход первого счетного триггера соединен со счетным входом нулевого счетчика лервого программируемого таймера выход которого соединен с разрешающим входом первого счетчика первого таймера и с первым входом программируемого контроллера прерываний, а через первый инвертор - с . разрешающим входом второго счетчика первого таймера и с вторым входом крнтроллера прерываний, выход нулевого счетчика второго программируемого таймера соединен с разрешающим входом первого счетчика второго таймера и с третьим входом программируемого контроллера прерываний, а через второй инвертор - с разрешающим входом второго счетчика второго таймера и с четвертым входом .программируемого контроллера прерываний, прн этом счетные входы первых и вторых счетчиков первого и второго программируемых таймеров соединены с выходом генератора эталонной часто5

0

5

0

5

0

5

ты, а первый и второй программируемые таймеры и программируемьй контроллер прерываний соединены с общей шиной блока вычисления, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения разности частот вращения, дополнительно введены частотный компаратор, четыре схемы И, две схемы ИЛИ, блок выделения разностной частоты, третий инвертор и третий программируемый таймер, причем выход первого счетного триггера соединен с первым входом частотного компара1316

тора и первыми входами первой и второй схем И, выход второго счетного триггера соединен со счетным входом нулевого счетчика второго программируемого таймера, с вторым входом частотного компаратора и с первыми входами третьей и четвертой схем И, первый выход частотного компаратора соединен с вторыми входами первой и третьей схем И, а второй выход - с вторыми входами второй и четвертой схем И, первый и второй входы первой схемы ИЛИ соединены.с выходами второй и третьей схем И, а первый и второй входы второй схемы ИЛИ - с выходами первой и четвертой схем И, выходь первой и второй схем ИЛИ сое960

динены с первым и вторым входами блока выделения разностной частоты, выход которого соединен с разрешающим входом нулевого счетчика третье- го программируемого таймера, и с пятым входом программируемого контроллера прерываний, а через третш инвертор - с разрешающим входом первого счетчика третьеТ о программируемого таймера и с шестым пходом программируемого таймера, при этом счетные входы нулевого и перво1 О счетчикоп третьего программируемого таймера соединены с выходом генератора эталонной частоты, а трети программируемый таймер соединен с системной шиной блока вычисления.

10

15

СТО СТ1 I стг

26 Программир /- еный тайм ер 3

Фиг. 2