Устройство для измерения скорости вращения вала Советский патент 1991 года по МПК G01P3/48 

ъо

ЧЛ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля скорости вращения валов различных машин. Цель изобретения -упрощение, повышение надежности при воздействии электромагнитных помех. При вращении вала датчиком 1 частоты вращения, формируется фазоманипулированный сигнал, поступающий на фазовый детектор 3, на одном из выходов которого в зависимости от синфазности или противофазности с опорным напряжением формируется пачка импульсов, число которых обратно пропорционально скорости вращения. Через ключ 4 или ключ 5 в зависимости от состояния триггера 11 эти сигналы поступают на вход синхронизируемого делителя 7, переменный коэффициент деления которого предварительно устанавливается по сигналам датчика 14 грубого измерения скорости через формирователь 15 коэффициента деления. Переполнение делителя фиксируется триггером 11, а количество таких переполнений при вращении вала соответствует числу манипуляций фазы в сигнале датчика 1 частоты вращения. Счетчик 12 регистрирует число манипуляций фазы, пропорциональное скорости вращения, за измерительный интервал. 2 ил. (Л

I

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости вращения валов различных машин,например вала асинхронного тягового двигателя магистрального электровоза.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности при воздействии электромагнитных помех.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпю- ры напряжения, поясняющие формирование импульсов на выходах фазового детектора устройства.

Устройство содержит связанный с валом индуктивно-трансформаторный датчик 1 частоты вращения, генератор 2 опорного напряжения, фазовый детектор 3. Выход генератора 2 опорного напряжения подсоединен к соответствующим входам датчика 1 частоты вращения и фазового детектора 3 Второй вход фазового детектора 3 соединен с выходом датчика 1 частоты вращения. Устройство содержит также первый и второй ключи 4 и 5, сигнальные входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами фазового детектора 3, дву- i хо.довую схему ИЛИ б, входы которой соединены с выходами ключей 4 и 5, синхронизируемый делитель 7 частоты с переменным коэффициентом деления, к счет- ному входу которого подсоединен выход схемы ИЛИ 6.

Управляющий вход ключа 4 соединен через формирователь 8 импульса сброса с входом сброса делителя 7 частоты, подклю- ченного выходом к сигнальным входам третьего и четвертого ключей 9 и 10, соединенных в свою очередь выходами с установочными входами триггера 11. Прямой выход триггера 11 соединен с управляющи- ми входами первого и третьего ключей 4 и 9 и со счетным входом счетчика 12, а инверсный выход триггера 11 - с управляющими входами второго и четвертого ключей 5 и 10. Вход обнуления счетчика 12 соединен с вы- ходом генератора 13 сигнала сброса Связанный с валом датчик 14 грубого измерения скорости вращения выходом подключен через формирователь 15 коэффициента деления к установочному входу делителя 7 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Сочлененный с валом, скорость вращения которого измеряется, индуктивно-транс- форматорный датчик 1 частоты вращения запитан от генератора 2 опорного напряжения, и при вращении вала высокочастотный с синусоидальным заполнением выходной сигнал датчика 1 частоты вращения промодулирован по фазе Этот сигнал поступает на фазовый детектор 3, логика

работы которого определена уравнениями

Си 1 II - I

UsblX 1 - V Q

и- I ВЫХ 2 - VQ

где Увых 1,1)вых 2 - напряжения на соответствующих выходах фазового детектора 3 (фиг.1);

1 - импульс , формируемый в интервале каждого периода Т0 высокочастотного колебания генератора 2 опорного напряжения 2 в момент синфазности (выход 1) или про- тивофазности (выход 2) по отношению к выходному напряжению датчика 1 частоты вращения:

О - отсутствие импульсов на выходах фазового детектора

Иллюстрацией такой работы фазового детектора служат приведенные на фиг.2 эпюры напряжений, формируемых на его выходах при вращении вала, где а,б - напряжения на выходе датчика 1 частоты вращения и генератора 2 опорного напряжения, являющиеся входными сигналами фазового детектора 3, в,г - импульсы на выходах фазового детектора 3.

При синфазности напряжений на выходах фазового детектора 3 в интервале t0-ti (фиг.2а.б)на его первом выходе формируется гребенка импульсов (фиг.2,в) с периодом повторения То. Следующая гребенка импульсов (фиг.2г) формируется на втором выходе фазового детектора 3 при противофаз- ности его входных напряжений в интервале времени t,-ts (фиг. 2а. и 26} Интервал времени tcj-tm между гребенками определяется скоростью вращения, крутизной нарастания выходного сигнала датчика 1 частоты вращения его амплитудой и т.д. Число импульсов в гребенках обратно пропорционально скорости вращения. Эти импульсы через ключи 4 либо 5 (в зависимости от состояния триггера 11} и схему ИЛИ 6 поступают на счетный вход синхронизируемого делителя 7 частоты с переменным коэффициентом деления, коэффициент деления которого устанавливается записью начального кода, вырабатываемого по сигналу датчика 14 грубого измерения скорости вращения с помощью формиройателя 15 коэффициента деления. Схема выходного кода блока 15 синхронизирована при этом с сигналом формирователя 8 импульса сброса, Алгоритм работы формирователя 15 коэффициента деления определяется уравнением

М| КМакс-М|.

где Mi - код числа на выходе формирователя 15 коэффициента деления при угловой скорости вращения вала ги:

NI - код числа импульсов в гребенках на выходах фазового детектора 3 при скорости т;

Кмакс максимальная емкость счетчика, реализующего делитель 7 с переменным коэффициентом деления

Кмакс М|максНа выходе датчика 14 грубого измерения скорости вращения сформировано напряжение, пропорциональное скорости вращения вала пг. которое на выходе формирователя 15 коэффициента деления преобразовано в соответствующий этой скорости код числа Mr. Данное число введено в синхронизируемый делитель 7 частоты по установочному входу (вход 3). Для определенности предположим, что триггер 11 находится в положении, при котором ключи 4 и 9 замкнуты по управляющим входам, ключи 5 и 10 разомкнуты. В этом случае, после появления на выходе 1 фазового детектора 3 при NI импульсов, следующих с периодом повторения Т0. на выходе синх ронизируемого делителя 7 частоты форми руется импульс, который по R-входу в момент времени ti установит триггер 11 в состояние О. При этом ключи 4 и 9 размы- каюстя по управляющим входам, ключи 5 и 10 замыкаются, а формируемый на прямом выходе триггера 11 перепад напряжения че рез формирователь 8, работающий по обо им фронтам сигнала от триггера 11, дополнительно воздействует на вход сброса делителя 7. При этом подтверждается сброс делителя 7, а затем дается разрешение на ввод кода коэффициента деления от формирователя 15 коэффициента деления.

После манипуляции фазы выходного сигнала датчика 1 частоты вращения гребенка импульсов от фазового детекто ра 3 проходит на счетный вход делителя 7 через второй ключ 5. После прохождения N, импульсов на, выходе делителя 7 вновь формируется сигнал, устанавливающий триггер 11 в прежнее состояние. Перепад напряжения на выходе триггера 11 через формирователь 8 воздействует на вход сброса делителя 7, в него как и ранеее производится синхронный ввод коэффициента деления.

Счетчик 12 в процессе описанной работы фиксирует каждый спад напряжения на прямом выходе триггера 11. Вне зависимости от появления ложных шумовых импульсов на выходах, фазового детектора 3 входной сигнал счетчика 12 определен действительным угловым перемещением вала. Счетчиком 12 в конце интервала между по- ступающими на его установочный вход импульсами обнуления от генератора 13 сигнала сброса осуществляется фиксация скорости вращения.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости вращения вала, содержащее связанные с валом датчик частоты вращения индуктивно-трансформаторного типа и датчик грубого измерения скорости вращения, генератор опорного напряжения, триггер, фазовый детектор, подключенный одним входом к выходу датчика частоты вращения, другим входом - к выходу генератора опорного напряжения, подсоединенному также к входу датчика частоты вращения, первый и второй ключи, подсоединенные сигнальными входами соответственно к первому и второму выходам фазового детектора, а управляющими входами - соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, счегчик, счетный вход которою соединен с. управляющим входом первого ключа, генератор сигнала сброса, выход которого подключей к входу обнулении счетчик.а, синхронизируемый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, формирователь коэффициента деления, выход которого соединен с установочном входом

синхронизируемого делителя с переменным коэффициентом деления, а вход - с выходом датчика грубого измерения скорости вращения, отличающееся гем, что, с целью упрощения, повышения надежности в условиях воздействия элсктромагнит- нпх помех, в него введены двухвходовая схема ИЛИ, подсоединенная соответствующими входами к выходам первого и второго ключей, а выходом - к счетному входу синхронизируемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, третий и четвертый ключи, сигнальные входы которых соединены с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, управляющие входы соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, а выходы - с установочными входами триггера, формирователь импульса сброса, подключенный своим входом к счетному

входу счетчика, а выходом - к входу сброса делителя частоты с переменным коэффициентом деления

В