Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения Советский патент 1991 года по МПК G01P3/489 G01P15/08 

о VI ю

00

ю

со

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля параметров вращения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение точности и быстродействия.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового измерителя; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления.

Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения содержит частотный датчик 1 частоты вращения, входной формирователь 2 импульсов, генератор 3 образцовой частоты, блок 4 управления, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 счетчики, элемент 2И 9 и микроЭВМ 10.

На структурной схеме (фиг. 1) обозначены первый вход 11, первый 12, второй 13 и третий 14 выходы блока 4 управления, выходы 15 и 16 счетчиков 7 и 8 соответственно, шина 17 управления и ввода данных микро- ЭВМ и ее первый 18 и второй 19 входы.

Блок 4 управления содержит элемент НЕ 20, резистор 21, первый 22 и второй 23 триггеры, цепи 24 и 25 второго входа блока. Цифровой измеритель углоэой скорости и ускорения работает следующим образом. После включения напряжений питания по цепи 24 и 25 блока 4 микроЭВМ 10 формирует сигналы низкого уровня, которые устанавливают триггеры 22 и 23 в единичное состояние (Qi 1, Q2 1). Поэтому на выходе 14 блока 4 образуется сигнал высокого уровня, который поступает на входы разрешения счета импульсов счетчиков 6 и 8, а на выходе 13 - сигнал низкого уровня, переводящий счетчики 5 и 7 в нерабочее состояние, в котором они могут быть подготовлены к работе (инициализированы) микроЭВМ 10с помощью шины 17 управления и данных. При инициализации счетчиков в счетчик 7 импульсов записывается число NS, определяемое погрешностью измерения дз 1 /№, задаваемой оператором с пульта управления микроЭВМ 10, и определяющее время измерения частоты вращения fx. Затем микроЭВМ 10 формирует по цепям 24 и 25 блока 4 управлений сигналы высокого уровня, вследствие чего с поступлением на вход 11 блока 4 первого фронта импульса частоты TX триггер 22 переключается в нулевое положение (Qi 0, Qi 1). Одновременно переключается в нулевое положение и второй триггер 23 (Qa 0, 62 1). Благодаря этому на входы разрешения первой пары счетчиков 5 и 7 поступает сигнал высокого уровня, переводящий их из нерабочего в рабочий (счетный) режим, и с этого момента осуществляется квантование частоты fx по методу

зависимого счета счетчиком 5, а счет импульсов образцовой частоты f0 - счетчиком 7. Так как обеспечивается синхронизация начала измерения с моментом появления фронта первого импульса частоты fx, то исключается первая составляющая погрешности квантования частоты, Одновременно на входах разрешения второй пары счетчиков

6и 8 присутствует сигнал низкого уровня, 0 снимаемый с выхода 14 блока 4, обеспечивающий нерабочий режим работы этих счетчиков, В процессе счета импульсов, при котором содержимое счетчика 5 уменьшается с Ммакс, определяемого его емкостью, в

5 результате суммирования импульсов частоты fx, а счетчика 7 уменьшается с N3 в результате суммирования импульсов частоты fo, микроЭВМ производит считывание чисел, зафиксированных в счетчиках 6 и 8 в

0 результате окончания процесса предыдущего измерения, а затем их инициализацию. Когда в счетчик 7 поступает число импульсов образцовой частоты, равное заданному NS, счетчик автоматически обнуля5 ется, на выходе 15 (обнуление счетчика) формируется сигнал низкого уровня длительностью в один период образцовой частоты, который поступает на вход 19 прерывания микроЭВМ 10. Одновременно

0 в счетчик 7 автоматически повторно записывается число N3, которое хранится в регистре памяти счегчика. На этом заканчивается формирование заданной длительности гз первого временного интервала:

5

ta NsTo,

в течение которого в счетчик 5 поступают

импульсы измеряемой частоты fx. После

0 окончания сигнала прерывания счетчики 5 и

7продолжают оставаться в рабочем режиме, счет импульсов частот fx и f0 продолжается, причем счетчик 7 начинает новый цикл уменьшения записанного во время обновле5 ния числа N3. МикроЭВМ 10 ведет обработку прерывания, в результате которой по цепи 24 блока 4 формируется сигнал низкого уровня, устанавливающий триггер 22 вноэь в единичное состояние (Qi 1, Qi 0),

0 так как по цепи 25 блока 4 сохраняется сигнал высокого уровня, то с поступлением фронта очередного импульса измеряемой частоты на вход 11 блока 4 первый триггер 22 устанавливается в нулевое положение

5 (Qi 0, Qi 1) и практически одновременно с ним устанавливается в единичное положение второй триггер 23 (Qa 1, &2 0). На этом заканчивается формирование первого временного интервала ti, продолжительность которого

ti t3 + Ati

и кратна целому числу периодов Тх измеряемой частоты fx, импульсы которой поступают в счетчик 5. Эта кратность обеспечивается тем, что и вторая составляющая погрешности квантования частоты fx также равна нулю, так как счет импульсов частоты fx прекращается в момент прихода фронта импульса частоты fx, после которого первая пара счетчиков 5 и 7 переключается в нерабочий режим, а вторая пара счетчиков б и 8 - в рабочий (счетный) режим. Ati - это приращение первого ti временного интервала, которое формируется начиная с момента появления сигнала прерывания на входе 19 микроЭВМ 10 и кончая моментом установки триггера 23 в единичное положение, Количество импульсов частоты f0, поступивших за время Ли на счетный вход счетчика 7,

ANi №-N3

где Ns - остаток числа N3, записанного повторно в счетчик 7 в момент прерывания, зафиксированный в момент переключения триггера 23 и прекращения счета импульсов первой парой счетчиков.

С момента переключения триггера 23 начинается счет второй парой счетчиков 6 и 8 соответственно импульсов частот fx и f0 и формирование счетчиком 8 второго временного интервала t2, примыкающего к первому ti. Одновременно осуществляется считывание по шине 17 результатов счета NX и ANi, зафиксированных в первой паре счетчиков 5 и 7, и вычисление средних значений частоты вращения fxi (1 /с) и угловой скорости iTxi (об/мин) на первом интервале времени ti no формулам

fx1 fo

NX1

10 Мз -KSNi

Пх1 60fx1/Z,

где Z - количество зубьев на роторе датчика частоты вращения (число импульсов за один оборот ротора).

Полученные результаты вычисления индицируются в указанных единицах измерения с помощью блока индикации микроЭВМ 10, а также запоминаются в памяти для вычисления значения ускорения. Абсолютная погрешность измерения не превышает То, а относительная T0/(t3+ Ati)1 1 /(N3 + AN 1), и ее значение не превышает заданной 1/№.

После поступления в счетчик 8 заданного числа импульсов частоты fo на выходе 16 счетчика формируется сигнал прерывания длительностью в один период Т0 1/fo, в

счетчик повторно автоматически записывается из его регистра памяти число N3 и счет импульсов автоматически продолжается. При этом микроЭВМ 10 производит обработку сигнала прерывания, в результате ко0 торой по цепи 24 блока 4 вновь формируется сигнал низкого уровня, устанавливающий триггер 22 в единичное состояние, а по цепи 25 сохраняется сигнал высокого уровня. Поэтому очередной фронт импульса измеряе5 мой частоты устанавливается в исходное положение как триггер 22 (Qi О, QI - 1) так и триггер 23 (Q2 О, Ch 1), который прежде находится в единичном положении (62 1, Q2 0). В рабочий режим счета переключа0 ется первая группа счетчиков 5 и 7, которые к этому времени уже подготовлены к работе, а в нерабочий - вторая группа счетчиков 6 и 8. Поэтому отсутствует погрешность квантования частоты fx, а длительность второго t2

5 временного интервала и цикла хц равны

t2 t3+ At2,30

ti( ti + t2 2 t3 + A t1 + A t2.

На этом заканчивается и первый цикл измерения, необходимый для измерения углового ускорения, после чего в рабочий режим автоматически переводятся счетчики 5

и 7, а в нерабочий счетчики 6 и 8. При этом производится считывание результатов NX2 и AN2 и их инициализация, при которой в счетчик 8 автоматически записывается число №, вычисления результатов измерения fX2

(1 /с), Пх2 (об/мин) и Ј (1 /с2) по формулам:

fx2 fo

Nx2

0 N3 + AN2 rtx2 60 fx2/Z ;

„ fx2-fx1 Јx2 -

Afx

tzTo ( N3 + A N2 )

Afx

T0(2N3-N3 )

где N3 - остаток числа №, зафиксированный в счетчике 8 в момент переключения тригге- ра23,

При индикации результата измерения блоком индикации микроЭВМ 10 в случае работы цифрового измерителя в режиме измерения ускорения указывается также знак ускорения. Относительная погрешность д

измерения частоты вращения f не превышает заданной дз - 1/Мз с пульта управления микроЭВМ 10 и может изменяться в широких пределах оператором или программным путем. Погрешность 5 обусловлена отсутствием синхронизации работы счетчика образцовой частоты f0 (ее значение определяется длительностью периода То 1 /fo) и нестабильностью частоты генератора 3.

При необходимости представления результатов измерения в других единицах, например 1/мин, рад/с, рад/мин, рад/с и других, указанных оператором в начале измерения путем задания их с пульта управления, при вычислениях микроЭВМ 10 производит дополнительное масштабирование цифровой информации.

В дальнейшем описанный процесс преобразования и цифровой обработки измерительной информации повторяется. Непрерывно и попеременно во времени работают обе пары счетчиков импульсов, из которых один счетчик (5 или 6) считает импульсы измеряемой частоты, а другой (7 или 8)- импульсы образцовой частоты, одновременно производится считывание результатов счета Nxi и NX2 и инициализация тех счетчиков, которые находятся в нерабочем режиме работы, вычисления результатов измерения по формулам

-- №

fo

° tixi 60 fxi/Z ;

Li- fo-M -O

xi (Ыз+ДМ|)То

и их индикация в заданных с пульта оператором-единицах измерения. При необходимости с пульта управления во время измерения могут изменяться в широких

пределах число зубьев Z, погрешность измерения дз, режимы измерения, единицы представления результатов и другие, что значительно расширяет функциональные возможности цифрового измерителя и позволяет изменять его технические характеристики при эксплуатации.

Формула изобретения Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения, содержащий генератор образцовой частоты, блок управления, датчик частоты вращения, соединенный через формирователь импульсов с первым входом блока управления, первый и второй счетчики, соединенные первыми входами с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго счетчиков, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных

возможностей, повышения точности и быстродействия, в него введены третий и четвертый счетчики, первые входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, а вторые - соответственно с

вторым и третьим выходом блока управления, элемент 2И, входами соединенный с выходами соответственно третьего и четвертого счетчиков, микроЭВМ, связанная шиной управления и ввода данных с вторым

входом блока управления и третьими входами всех четырех счетчиков, при этом первый вход микроЭВМ соединен с выходом генератора образцовой частоты, а второй - с выходом элемента 2И.

п

22

-4к

-«

QZ

#

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля параметров вращения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет дополнительной обработки сигналов датчика частоты вращения и представления результатов измерения в требуемом виде, а также повышение точности и быстродействия за счет непрерывного измерения приращения частоты датчика на двух примыкающих один к другому отрезках времени. Сигнал датчика 1 частоты вращения через формирователь 2 импульсов поступает на вход блока 4, сигналы которого управляют работой двух, попеременно работающих групп счетчиков 5 и 7, 6 и 8. Счетчики 7 и 8 и микроЭВМ 10 тактируются генератором 3 образцовой частоты. По сигналам счетчиков 7 и 8 через элемент 9 осуществляется прерывание работы микро- ЭВМ 10, которое по шине 17 управления и данных осуществляет управление работой блока 4, считывание информации со счетчиков 5-8. При этом микроЭВМ обрабатывает эту информацию и представляет результаты измерения в требуемом виде. 2 ил. (Л С

27

+Ut

20

2

tn

фие.2

02

13

№

;z

25