Датчик углового положения и скорости вращения вала Советский патент 1990 года по МПК G01P3/489 

Изобретение относится к измери- . т.ельной технике, и может быть использовано в качестве датчика углового положения и мгновенных скоростей вращения .вала в точных цифровьпс системах автоматического управления и является усовершенствованием изобретения по авт, св. № 934382,

Целью изобретения является повышение разрешающей способности датчика по скорости вращения вала.

.На фиг. 1 представлена структурная схема датчика углового положения и скорости вращения вала, на фиг. 2 - схема порогового устройства.

Датчик угловога положения и скорости вращения вала содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, первый счетчик 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4, первый нуль-орган 5, первый регистр 6, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам первого счетчика 2, а выходы первого регистра 6 являются выходами кода углового положения вала, а также подключенные к выходу генератора 1 импульсов последовательно соединенные первый ключ 7, второй счетчик 8, второй регистр 9, вход разрешения записи которого подключен к выходу формирователя 10 задержанных импульсов, рходом подключенного к выходу первого нуль-органа 5, вторым выходом подключенного к установочному входу второго счетчика 8, а третьим выходом подклю- ; ченного к одному из входов триггера 11 f второй вход которого подключен к выходу первого нуль-органа 5, а выход - к управляющему входу первого

О

СП

о

14)

Ключа 7, к выходу фазовращателя Т |1одклгочены последовательно соединен- hbie фазовый контур 12, второй нуль- ррган 13, второй триггер 14, второй с йслюч 15, третий счетчик 16, третий регистр 17j сумматор 18, вторые входы которого подключены к выходам блока 19 начальных условий, а выходы сум- чатора 18 являются выходами кода ско- Q эос.ти вращения, к выходам второго регистра 9 подключено пороговое уст- 50ЙСТВО 20, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 21, сигнальные входы которого подключены 15 к старшим разрядам соответственно второго регистра 9 и сумматора 18. I При этом пороговое устройство 20 целесообразно выполнять в виде после- Довательно соединенных блока 22 инвер-20 горов, первого элемента ИЛИ 23, выход КОТОРОГО подключен к одному из сигналь- Ьзьпс входов коммутатора 24,. второй сигнальный вход которого подключен |к выходу второго элемента ИЛИ 25, 25 |входами подключенного к входам порого- JBoro устройства 20, а выход коммута- гора 24 является выходом порогового устройства 20.

; Датчик работает следующим образом, зо . Генератор 1 импульсов формирует последовательность импульсов с часто- :той F . Счетчик 2 выполняет функцию деления частоты генератора 1 . Форми- .: |рователь 3 опорных сигналов выра- |батывает из выходных периодическ тх |сигналов счетчика 2 опорные напряжения |фазовращателя 4 с частотой F , равной , где N - емкость счетчика 2. Ро- |тор фазовращателя 4 закреплен на ис- следуемом валу, в .результате фаза выходного напряжения фазовращателя 4 ;несет информацию об угле поворота вала. Нуль-орган 5 формирует из выходных его синусоидального сигнала фазовращателя прямоугольный периодический сигнал, по фронту которого осуществляется запись кода счетчика 2 в регистр 6, в котором фиксируется код текущего углового положения вала.

По фронту выходного сигнала нуль- органа 5 триггер 11 переходит в нулевое состояние и, воздействуя на управляющий вход ключа 7, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход счетчика 8. Фронт выход- ного сигнала нуль-органа 5 запускает также формирователь 10 задержанных импульсов, который выдает на своем

40

45

50

5 0 5

о

0

5

0

первом выходе импульс через время, достаточное для завершения распространения переносов в счетчике 8. По этому импульсу происходит перезапись кода .счетчика 8 в регистр 9. Второй импульс 1формирователя 10 задержанных импульсов, воздействуя на входы предустановки счетчика 8, осуществляет запись в него кода, соответствующего интервалу времени между фронтом импульса нуль- органа 5 и началом и мпульса на третьем выходе формирователя 10 задержанных импульсов. Этот импульс поступает на установочный вход триггера i1 и переводит его в единичное состояние, в результате чего открывается ключ 7 и импульсы генератора 1 вновь поступают на счетный вход счетчика 2. Таким образом, в регистре 9 в начале каждого следующего периода выходного сигнала нуль-органа 5 фиксируется код разности периода ДТ Т - Т, определенной в предьвдущем периоде выходного сигнала нуль-органа 5, где Т - период сигнала на выходе нуль-органа 5, Т - номинальная длительность периода, т.е. Т 1/F. « TO отклонение частоты пропорционально отклонению периода, код которого фиксируется в регистре 9. Так как счетчик 8 имеет разрядность, на единицу большую разрядности счетчика 2, разряд несет информацию о направлении вращения вала.

С выхода фазовращателя 4 гармонический сигнал поступает на фазовьш контур 12. Фазочастотную характеристику фазового контура в диапазоне рабочих частот (при малых отклонениях частоты от номинальной) можно считать линейной, амплитудно-частотная характеристика в этом же диапазоне почти постоянна. Необходимая крутизна фазо- частотной характеристики обеспечивается выбором количества последовательно соединенных элементарных фа- зовых контуров первого или второго порядков, так как фаза колебаний на выходе фазового контура 12 несет информацию о частоте напряжения на выходе фазовращателя 4 и, следова- тельно, о скорости вращения ротора фазовращателя 4. Нуль-орган 13 формирует из выходных сигналов фазового контура 12 прямоугольные периодические сигналы, по фронту которых триггер 14 переводится в единичное состояние, пропуская при этом через ключ

15 на счетный вход счетчика 16 импульсы генератора 1, Триггер j4 в нулевое состояние переводится импульсом с выхода нуль-органа 5, прекращая прохождение импульсов генера- тора 1 на счетчик 16. В результате в счетчике 16 фиксируется количество импульсов, пропорциональное фазовому сдвигу сигналов с выходов -фазовращателя 4 и фазового контура 12. По фронту задержанного импульса с первого выхода формирователя 10 задержанных импульсов код с выхода счетчика 16 переписывается в регистр 17, а затем по фронту импульса с второго вьпсода формирователя 10 Задержанных импульсов счетчик 16 очи щается, подготавливая следующий период обработки сигнала.

Выходные разряды регистра подключены к входам первого слагаемого сумматора 18, на входы второго слагаемого которого подаются логические потенциалы с выхода блока 19 начальной установки. На выходах блока 19 началной установки задается код, равный разности емкостей регистра 17 (и сумматора 18) и кода, зафиксированного в регистре 17 при неподвижном роторе фазовращателя 4, следовательно, на выходах сумматора 18 (без использования сигнала с выхода переноса сумматора 18) при этих условиях фиксируется код, равный нулю. Соответственно, при вращении фаз овращателя 4 на вьпсоде сумматора 18 фиксируется код, пропорциональный скорости вращения вала . При вращении вала в противоположную сторону код, пропорциональный ско рости вращения вала, следует читать в обратном коде.

Код знака направления вращения фиксируется на выходе коммутатора 21, управляемого пороговым устройством 20. На входы порогового устройства 20 поступает код грубого отсчета ско- рост вращения с выходов регистра 9. Если абсолютная величина кода скорост превьшает пороговое значение, на выходах элемента ИЛИ 23 или 25 в зависимости от направления вращения фиксируется логический потенциал, кото- рьШ через коммутатор 24, управляемый знаковым разрядом регистра 9, поступает на выход порогового устройства 20. Потеницал с выхода порогового устройства 20 поступает на управляющий вход коммутатора 21, на сигнальные

10

5

0

5

56

196

входы которого поступают сигналы с выхода соответственно знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости и старшего разряда сумматора 18. При скоростях вращения вала, превышающих пороговое значение, на ыход кода направления вращения вала через коммутатор 21 проходит сигнал с выхода знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости. Если скорость вращения вала не достигает порогового значения на выход кода направления вращения поступает код старшего разряда сумматора 18, при малых скоростях вращения вала однозначно указывающий направление вращения.

Таким образом, на выходах предлагаемого устройства формируются коды углового положения и скорости вращения вала с учетом направления вращения.

Формула изобретения

..

30

35

45

50

5

1. Датчик углового положения и скорости вращения вала по авт. св. № 934382, отличающий.с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности по скорости вращения вала,.в него дополнительно введены подключенные к выходу фазовращателя последовательно соединенные фазовый контур, в-торой нуль-орган, второй триггер, второй ключ, третий счетчик, третий регистр, сумматор, вторые входы которого подключены к выходам блока начальных условий, а выход является выходом кода скорости вращения, а также введены пороговые устройства, входами подключенные к выходам второго регистра, и коммутатор, управляющим входом подключенный к выходу порогового устройства, сигнальными входами подключенный к старшим разрядам соответственно второго регистра и сум- матора, а выход коммутатора является выходом знака направления вращения вала, при этом второй вход второго триггера подключен к выходу первого нуль- органа, второй вход второго ключа подключен к выходу генератора импульсов, вход разреш;ения записи третьего регистра подключен к первому выходу формирователя задержанных импульсов, второй выход которого подключен к уста- .новочному входу третьего счетчика.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч, а ю- щ и и с я тем, что пороговое устрой.16156

ство содержит блок инверторов, первый и второй блоки элементов ИЛИ и ком- му(татор, причем блок инверторов через пе|рйый блок элементов ИЛИ подключен к (одному сигнальному входу коммутато- . pal, второй сигнальный вход которого по|дключен к выходу второго блока эле

8

ментов ИЛИ, входами подключенного к входной шине порогового устройства, причем управляющий вход коммутатора подключен к знаковому разряду входной шины порогового устройства, а выход коммутатора является выходом порогового устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика углового положения и является усовершенствованием основного изобретения по авторскому свидетельству N934382. Цель изобретения - повышение разрешающей способности датчика по скорости вращения вала. Введение в известное устройство дополнительного фазового контура, нуль-органа, триггера, ключа, счетчика, регистра, сумматора, блока начальных условий, порогового устройства, коммутатора позволяет производить обработку сигнала с выхода фазовращателя, эквивалентного увеличению интервалов времени, несущих информацию о частоте вращения вала. 1 з.п., 2 ил.

Фиг.1

L.

Фиг. 2