Устройство для измерения частоты вращения Советский патент 1990 года по МПК G01P3/48 

: Изобретение относится к измери- ельной технике, а именно к устрой- 4твам для измерения частоты вращения, ijt может быть использовано в качестве Датчика частоты вращения в системах Электропривода.

Цель изобретения - повышение точ- и расширение диапазона изме- .

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения частоты вращения.

,

Устройство содержит тонкую магнит- Ную пленку 1, нанесенную на виброуда- опрочную подложку и закрепленную на феи вращения, первую 2 и вторую 3 маг итные головки, оси которых взаимопер гендикулярны, перемножитель 4, первый фазовый дискриминатор 5, первый фильт 6 низких частот, усилитель 7 напряже- Иия, управляемый генератор 8, управляемый фазовращатель 9, второй фазо- вьй дискриминатор 10, задающий генератор 11,-второй фильтр 12 низких частот, индикатор 13, однопозиционный переключатель 14, усилитель 15 мощ- ности, электродвигатель 16. Входы перемножителя 4 соединены с первой 2 и второй 3 магнитными головками соответственно, а его выход - с первым входом первого фазового дискриминатора 5. Выход первого фазового дискриминатора 5 соединен с входом первого фильтра 6 низких частот, выход которого подключен к входу усилителя 7 напряжения. Вход управляемого генератора

0

0

5

- . ;

0

8 соединен с выходом усилителя 7 напряжения, а выход - с входом управляемого фазовращателя 9. Выход управляемого фазовращателя 9 соединен с вторыми входами первого 5 и второго 10 фазовых дискриминаторов. Выход задающего генератора II подклк)чен к первому входу второго фазового дискриминатора 10, выход которого соединен с входом второго фильтра 12 низких частот. Выход второго фильтра 12 низких частот соединен с входом индикатора 13 и подвижным контактом однопозицион- ного переключателя 14. Вход усилителя 15 мощности соединен с неподвижным контактом однопозиционного переключателя 14, а выход - с входом электродвигателя 16. Выход-электродвигателя 16, которым является его вал, соединен с управляющим элементом управляемого фазовращателя 9. Выход усилителя 7 напряжения является выходом всего устройства.

Устройство работает следующим образом.,

В исходном состоянии при неподвижной тонкой магнитной пленке 1 на входе управляемого генератора 8 нет сигнала (. 0) . Без входного сигнала управляемый генератор 8 настроен на свободную, например центральную, частоту диапазона. При вращении тонкой магнитной пленки 1 вокруг оси вращения с частотой, подлежащей измерению, из-за эффекта Барнетта в плоскости пленки возникает вектор намагниченноения показывает, ченности М вращается

М., М

у,

ти М, поведение которого описывается дифференциальным уравнением

jH |«o-3 lV i 2((f-u)t) О, где Ip - текущее значение угла между вектором намагниченности Ми осью легкого намагничивания пленки (ОЛН);

УД - магнитная вязкость пленки fUo магнитная постоянная; У - гиромагнитное отношение; k - константа анизотропии пленки 1 ; 6) - частота вращения пленки 1,

подлежащая измерению; t - время.

Решением данного уравнения является функция )t - 0,5-5, где у

arcsin--, так как она обращает в

тЪждество исходное дифференциальное уравнение. Анализ полученного реше- что вектор.намагнив плоскости

тойкой магнитной пленки 1 вокруг оси вращения цленки с той же частотой, с какой вращается сама пленка, не только отстает от оси легкого намагничивания пленки, которая вращается вместе с пленкой, на угол 0,5-). . Вращение вектора намагниченности М приводит к изменению намагниченности пленки Т в направлениях х и у соответственно по законам .MX Mcostf McosCCOt - 0,5)); MU Msinl| MsinCWt - 0,5), где M - максимальное значение намагниченности пленки; - намагниченность пленки соответственно в направлениях X и у.

Так как намагниченность пропорциональна индукции, то индукция изменяется по законам

Bj( Bcos(63t - 0,5-) ; Bu Bsin(G)t - 0,5-)), где В -- максимальное значение индукции в пленке 1; В), Вц - индукция соответственно

в направлениях х и у. В соответствии с законом электромагнитной индукции изменение индук

ции.в направлениях х и у, а следовательно, и в магнитных головках 2 и 3 приводит к появлению ЭДС самоиндукции на выходе этих головок, а именно

е -Exsin(COt - 0,5) ;

е (6i3t - 0,5 i)),

15616

где

Х

Г

- ЭДС самоиндукцин - соот- ветственно на выходе магнитных головок 2 и 3;

максимальные значения этих ЭДС самоиндукции.

20

25

д j

30

5

0

Перемножитель 4 перемножает эти ЭДС самоиндукции, и на его выходе появляется напряжение

Un (2(Dt 180°), |где Uj - максимальное значение выходного напряжения перемножителя;

и - выходное напряжение перемножителя .

Напряжение поступает на первый вход первого фазового дискриминатора 5, а на второй его вход - напряжение с выхода управляемого фазовращателя 9. Первый фазовый дискриминатор 5 генерирует на выходе напряжение ошибки и.,д зависящее от разности частот и фаз между напряжениями U , и U/ny Напряжение , содержащее большое число комбинационных спектральных составляющих, поступает в первый фильтр 6 низких частот, где сильно ослабляются высокочастотные составляющие. Затем сглаженное напряжение поступает в усилитель 7 напряжения, где усиливается и поступает на вход управляемого генератора 6. Опорное напряжение выхода управляемого генератора 8 поступает на вход управляемого фазовращателя 9, где сдвигается по фазе на угол -Уфе, где V срв фазовый сдвиг, вносимый управляемым фазовращателем 9. Выходная частота управляемого генератора 8 меняется таким образом, чтобы с уменьшением Q уменьшалась разность частот 2СО (Ц

W

где СОдц- частота

5

0

5

выходного напряжения управляемого генератора 8. Напряжение UQ., уменьшается до тех пор, пока частоты 2й) и 0) не уравняются, но между ними останется конечная разность фаз, которая здесь оказывается сигналом рассогласования, необходимым для удержания управляемого генератора 8 в режиме синхронизации с напряжением Uy частотой 2(0. В режиме синхронизации напряжение на выходе устройства равно

Ugbi,- К

+ (06 +),

fB где и

рд.К,,;К cos(-) + 180 3

- напряжение на выходе устройства;

К

К

7

к . - коэффициент передачи первого фазового дискриминатора 5;

-коэффициент передачи первого фильтра 6 низких частот

-коэффициент усиления усилителя 7 напряжени я;

-фаэовьш сдвиг, вносимый контуром регулирования частоты управляемого генератора 8.

Затем подбирают частоту выходного ь апряжения задающего генератора 11 l|5 U.jt-- , где Ujp- максималь fjoe значение выходного напряжения за ающего генератора ; - частота выходного напряжения задающего .гене- Е атора, таким образом, чтобы разност t:acTOT напряжений, поступающих на пе Iый и второй входы второго фазового дискриминатора 10, равнялась нулю. Г:ри этом на выходе второго фазового г:искриминатора 10 появляется напря- :ение, в составе которого, помимо по 1|оянной составляющей, зависящей от назности фаз входных напряжений, име к|тся высокочастотные комбинационные с|оставляющне. Выходное напряжение вто фго фазового дискриминатора 10 поступает во второй Фильтр 12 низких ч|астот, на выходе которого выделяет- с|я постоянная составляющая

Р

К

fz

ф2- ip ), лде иф2 - выходное напряжение второго

фильтра низких частот; Кфд - коэффициент передачи второго фазового дискриминатора 10;

- коэффициент передачи второго фильтра 12 низких частот.

По индикатору 13 фиксируют постоянство напряжения выходе второ- го фильтра .12 низких частот, которое и свидетельствует о равенстве частот напряжений на входах фазового дискриминатора 10. После этого замыкают однопозиционный переключатель 14. При этом выходное напряжение второго фильт ра 12 низких частот поступает на вход усилителя 15 мощности, где усиливается по мощности. Усиленное напряжение поступает на электродвигатель 16, который изменяет угол поворота управ- ляющего элемента управляемого фазовращателя 9 таким образом, чт обы разность фаз напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 свес

10

15

20

15

30

5

0

5

0

5

ти к 90. В момент достижения баланса постоянная составляющая на выходе второго фазового дискриминатора 10 становится равной нулю, отработка прекращается. После этого размыкают однопозиционный переключатель 14. Так как фазовый сдвиг выходного напряжения задающего генератора 11 равен нулю, то. фазовый сдвиг выходного напряжения управляемого фазовращателя равен 90°. При этом- 4- р 90 и напряжение на выходе устройства, снимаемое с выхода усилителя 7 напряжения, равно Ug,b,;( Ксрд, Кф-Ка X X cos(;) .180° .g.p) J,.K X X К cos( + 270) к;рд,. К.,7 X

::ки«/1 к:

Отсюда следует, что изобретение позволяет устранить нелинейность статической характеристики, получить непосредственную информацию об измеряемой частоте и расщирить рабочий диапазон измеряемых частот вращения.

Формула изобретения

Устройство.для измерения частоты вращения, содержащее тонкую магнитную пленку, магнитную головку и блок измерения, отличающееся (тем, что, .с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, снабжено второй магнитной головкой, ось которой взаимно перпендикулярна с осью первой магнитной головки, схемой умножения, входы которой соединены с первой и второй магнитными головками соответственно, первым фазовым дискриминатором, первый вход которого подключен к выходу перемножителя, первым фильтром низких частот, вход которого .соединен с выходом первого фазового -дискриминатора, усилителем напряжения, вход которого соединен с ВЫХОДОМ первого фильтра низ- .ких частот, управляемьм генератором, вход КОТОРОГО соединен с выходом усилителя напряжения, управляемым фазовращателем, вход которого соединен с выходом управляемого генератора, а выход - с вторым входом первого фазового дискриминатора, вторым фазовым дискриминатором, второй вход которого подключен к выходу управляемого фазовращателя, задающим генератором, выход которого соединен с первым входом второго фазового дискриминатора, вторым фильтром низких час9 . 1615616 °

тот-ШГод которого соединен с вько-тот, усилителем мощности, вход котопом второго фазового дискриминатора,рого подключен к неподвижному кон вдик1тором, вход которого подключентакту однопозиционного переключателя,

к BbZv второго фильтра низких час-электродвигателем, вход которого соетот. о нопозиционньш переключателем. с вьйсодом усилителя мощности,

подвижньй контакт которого соединена выход - с управляющим элементом

с выходом второго фильтра низких час-управляемого фазовращателя.

Изобретение относится к устройствам для измерения частоты вращения и может быть использовано в качестве датчика частоты вращения в системах электропривода. Цель изобретения - повышение точности и расположения диапазона измерения. При вращении тонкой магнитной пленки 1 вокруг оси вращения с частотой, подлежащей измерению, на выходе перемножителя 4 появляется напряжение, которое поступает на первый вход первого фазового дискриминатора 5. На второй его вход поступает напряжение от управляемого фазовращателя 9. Первый фазовый дискриминатор 5 генерирует на выходе напряжение ошибки, которое поступает в первый фильтр низких частот 6, где сильно ослабляются высокочастотные составляющие. Сглаженное напряжение поступает в усилитель напряжения 7, где усиливается и поступает на вход управляемого генератора 8. При равенстве частот напряжений на входах первого фазового дискриминатора 5 наступает синхронный режим работы устройства. Затем подбирают частоту выходного напряжения задающего генератора 11 таким образом, чтобы разность частот напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 равнялась нулю. После этого замыкают однопозиционный переключатель 14, и электродвигатель 16 поворачивает управляющий элемент управляемого фазовращателя 9 на угол, при котором разность фаз напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 будет равна 90°. При этом выходное напряжение устройства, снимаемое с усилителя напряжения 7, линейно зависит от измеряемой частоты вращения. 1 ил.