Способ измерения скорости вращения вала Советский патент 1991 года по МПК G01P3/40 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к стробоскопиче- ской тахометрии, и может быть использовано для измерения скорости вращения вала.

Цель изобретения - повышение надежности измерений.

На чертеже приведена схема стробоскопа для осуществления способа.

Стробоскоп содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, формирователь 2 длительности световой вспышки, блок 3 управления импульсным осветителем, импульсный осветитель 4, оптическую метку 5 на торце вала 6.

В исходном состоянии генератор 1 генерирует сигнал с некоторой частотой. На выходе формирователя 2 генерируются импульсы напряжения длительностью 1

t

kfi

- (2 k 1),

При m 1 неподвижная стробоскопическая картина представляет собой видимый

сектор с угловым размером -- . Пусть

I К

теперь m 2, т.е. f 1 2fB, Ti 1 /2 Тв. Так как за один оборот, т.е. за время Тв, происходят две вспышки длительностью

.JjL

1 k 2

то сформированная картина будет представлять собой два видимых сектора (т 2) с угловым размером

1 .2л 2л 2 2k

Аналогично при т 3 получим 3 видимых сектора с угловым размером 1 2л 2ж

k

m

k T- 3k

В общем случае при mfB или Ti Тв, то за один оборот вала происходит

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости вращения вала Целью изобретения является повышение надежноX частотомеру сти измерения. В исходном состоянии генератор 1 генерирует сигнал с частотой fi. На выходе формирователя 2 генерируются импульсы напряжения длительностью t 1/kfi, где 2 k 1, которые поступают на блок 3 управления импульсным осветителем, вырабатывающий импульсы напряжения той же длительности t, которые питают осветитель 4, генерирующий световые вспышки, частота следования которых равна fi, а длительность t 1/kfi. При этом при fi mfs, где fa - частота вращения вала, a m 1,2,3..., неподвижная стробоскопическая картина сформируется в виде m видимых секторов с угловым размером p 2n:/mk При fi fB стробоскопическая картина не образуется, что позволяет однозначно судить о скорости вращения вала 1 ил е О СО Ј СО XI

которые посту -нот на блок 3, вырабатывающий-импульсы тока (напряжения) той же длительности t, которые питают осветитель 4. В результате осветитель 4 генерирует световые вспышки, частота следования которых равна fi, а длительность t -- . При

к Т1

этом в общем случае неподвижная стробоскопическая картина может и не сформироваться. Формирования неподвижной картины нужного вида добиваются перестройкой частоты fi генератора 1.

Рассмотрим сначала формирование неподвижных картин при fi fe. Картина будет неподвижной при выполнении равенства fi mfe при m 1,2,3Предположим, что установлено равенство частот, т.е. m 1, fi fe, или, что тоже самое, равенство периодов следования вспышек и вращения вала Тв, т.е. Ti Тв. При этом длительность t вспышки оказывается равной

1

kfB

.Тв

k

В результате метка 5 оказывается освещенной в течение времени - один раз за один

К

оборот вала, поэтому стробоскопическая картина формируется в виде одного (т

1)секторасугловым размером(р -- , т.е.

К

р - это угол, на который за время t поворачивается метка, т.е.

2л ом -I в

Те 2 Я k k

5

0

5

m вспышек и неподвижная стробоскопическая картина сформируется в виде m видимых секторов с угловым размером

J 2л 2л k m mk Видимые сектора разделяются неосвещенными интервалами с угловым размером 2 л - рт

.

m

Покажем теперь, что неподвижная стробоскопическая картина при fi fe не образуется, если выполняется соотношение

t m i f 1 - fe,

где m и I - целые числа при fi fB, m I.

Случай I 1 рассмотрен выше, т.о. I 2,3,4,... a m 3,4,5... Если обозначить угловое положение оптической метки в момент

начала генерации первой вспышки за р, смысл соотношения

t m с f 1 у fe

заключается в том, что следующее совпадение момента начала генерации вспышки с моментом, когда метка снова займет положение р, повторится через время, в течение которого произойдет m вспышек, а вал

Q сделает I оборотов. Это время можно назвать периодом Тек формирования неподвижной стробоскопической картины. Если засветку вести как в прототипе короткими вспышками, то неподвижная стробоскопи5 ческая картина сформируется в виде m видимых изображений оптической метки, равномерно, с шагом

5

0

АП

m

расположенных по радиусам на торце вала. В нашем случае равномерно с шагом

i 2я

Фт -

7m

будут расположены начала видимых секторов, соответствующие моментам начала генерации вспышек. Размер видимых секторов равен углу поворота оптической метки за время t действия вспышки. Это время минимально при k 2 и равно в этом случае половине периода следования вспышек

2 f 1 2 m fB

Отсюда минимальная длительность вспышки, т.е. ждущий случай, будет при I 2

1

t

m fi

За это время метка повернется на угол

.. 2 я f в 2 я0 ,

/ оЛ --г- - , так как а) - 2 я fa, m fB m

т.е. р fk это означает, что конец видимого сектора всегда совпадет с началом другого, одного из m видимого сектора и за период Тек призойдет полная (с углом 2я) засветка торца вала, но это означает, что формирования неподвижной стробоскопической картины не происходит.

При 2 k 1 увеличивается длительность вспышки, при I 2 также происходит увеличение длительности вспышки, а это приводит к увеличению угловых размеров видимых секторов и они начинают перекрываться, что не приводит к нарушению полной засветки торца вала.

Таким образом, при fi fB любой неподвижной стробоскопической картине, сформированной в соответствия с заявленным способом, однозначно соответствует соотношение частот

т т 1,2,3

Тв

причем картина представляет собой m видимых секторов с угловым размером 2л

Фт Г ,

7 m k

которые равномерно с угловым интервалом 2я

m расположены на торце вала.

Рассмотрим далее пример при fi fB или, что тоже самое, при Ti TD. Для упрощения целесообразно вначале ограничиться случаем 2fi fe (или Ti 2Т8).

При этом длительность вспышки оказывается равной

( гт гпг

kk

2 k 1,

0

т.е. даже, если k 2, то t tB. Но это означает, что видимый сектор имеет угловой раз5 мер р 2 я , т.е. одной вспышкой высвечивается весь торец вала, и формирование неподвижной стробоскопической картины невозможно - она засвечивается. Пусть теперь 2ТВ Ti Тв. При любом

0 значении TI,лежащем в этом интервале, не может сформироваться неподвижная стробоскопическая картина, состоящая из одного видимого сектора, т.е. число секторов m 2, так как один сектор формируется

5 только при Ti рТв, где р 1,2,3 ибо

только в этом случае моменту начала генерации вспышки соответствует одно и тоже угловое положение метки, так как за период следования вспышек Ti вал 6 с меткой 5

0 поворачивается на цепое число оборотов р. Кроме того, если выполняется неравенство 2ТВ Ti Тв, то всегда, даже при k 2,

Тв длительность вспышки t - , а так как за

5 это время метка повернется на угол р я, то при каждой вспышке высвечивается сектор с угловым размером р я . Так как за

т-

время и метка поворачивается на угол р , меньший 2 я, то во время генерации последующих световых вспышек высвечиваемое угловое положение сектора каждый раз сдвигается на угол р. Если при этом Ti Тв, то зрительно это воспринимается как враще5 чие видимого сектора (который неподвижен только при Ti Тв). При увеличении периода следования вспышек Ti сначала увеличивается скорость вращения сектора, а затем вращающийся сектор воспринимается как

0 слитное изображение - виден освещенный торец вала.

Таким образом, в предложенном способе обеспечивается получение однозначного соответствия частоты следования световых

5 импульсов и частоты вращения вала и повышается надежность измерений.

Формула изобретения Способ измерения скорости вращения вала, заключающийся в засветке оптиче0 ской метки, нанесенной на торец вала, последовательностью световых вспышек, отличающийся ем, что, с целью повышения надежности измерений, засветку оптической метки проводят с частотой

5 следования вспышек,равной fi mfB, где m 1,2,3.... при длительности t вспышек - t 1/kfi, где2 k 1.