Цифровой измеритель частоты вращения Советский патент 1991 года по МПК G01P3/48 

О

о

vj О О

ю

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты вращения, в частности для измерения частоты вращения ротора мотор-подшипников.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости,

На фиг.1 представлена схема цифрового измерителя частоты вращения; на фиг,2 - диаграмма импульсов.

Цифровой измеритель частоты вращения содержит фотодатчик 1, блок 2 обработки сигнала фотодатчика и блок 3 измерения частоты вращения,

Фотодатчик 1 содержит диодный оптический излучатель 4, катодом через первый резистор соединенный с общей шиной источника питания, диодный фотоприемник 5, анодом через второй резистор соединенный с источником питания, и оптический модулятор 6, выполненный в виде цветокон- трастны/ меток на поверхности вращающегося тела.

Блок 2 обработки сигнала фотодатчика содержит опорный генеоатор 7 импульсов, к выходу которого подключен анод диодного излучателя 4, усилитель-формирователь 8, входом соединенный с катодом диодного фотоприемника 5, двухвходовой логический элемент И 9, первым входом соединенный с выходом усилителя-формирователя 8, а вторым входом - с выходом опорного генератора 7, первый двоичный счетчик 10, счетным входом С соединенный с выходом логического элемента ЗАПРЕТ 11 информационный вход которого подключен к выходу логического элемента И 9, а инвертирующий (управляющий) вход - к выходу Р переполнения первого счетчика 10, соединенному с входом одновибратора 12, выход которого, являющийся выходом блока 2 обработки сигнала, подключен к входу блока 3 измерения частоты вращения, второй двоичный счетчик 13, первым установочным R-входом соединенный с выходом логического элемента И 9, а выходом Р переполнения соединенный с первым установочным Р-входом первого двоичного счетчика 10, D-триггер 14, тактовым С-входом соединенный с выходом опорного генератора 7, инверсным выходом соединенный со своим информационным D-входом, а прямым выходом соединенный со счетным входом С второго двоичного счетчика 13 Вторые установочные R-входы первого 10 и второго 13 двоичных счетчиков подключены к выходу устройства 15 начального обнуления.

Блок 3 измерения частоты вращения в простейшем варианте содержит двоичный счетчик 16, счетный вход С которого, являющийся входом блока 3 -измерения частоты вращения, подключен к выходу блока 2 обработки сигнала фотодатчика, а установочный R-вход через дифференциальную

цепочку 17 соединен с мультивибратором 18, формирующим интервал времени измерения.

При включении питания одиночный импульс устройства 15 начального обнуления,

0 воздействуя на установочные R-входы первого 10 и второго 13 двоичных счетчиков, устанавливает их в исходное нулевое состояние. Одновременно опорный генератор 7 начинает вырабатывать импульсы высокой

5 частоты, модулирующие поток оптического

. излучения диодного излучателя 4, причем

частота световых импульсов последнего

совпадает с частотой генератора 7 (фиг.2а).

При вращении ротора (или иного враща0 ющегося тела) с нанесенными на его поверхность отражающими метками 19 (фиг.2в) модулятора б диодный фотоприемник 5 фотодатчика 1 воспринимает отраженный от модулятора 6 оптический поток диодного

5 излучателя 4 и преобразует его в электрические импульсы, модулированные по частоте генератором 7 и модулятором 6. Эти импульсы, нормализованные по амплитуде и длительности усилителем-формирователем

0 8, поступают на первый вход двухвходового логического элемента И 9, на второй вход которого поступают импульсы генератора 7.. Таким образом, на выходе логического элемента И 9 импульсы появляются при совпа5 дении импульсов диодного фотоприемника

5и опорного генератора 7 на его входах, причем частота импульсов на выходе этого элемента совпадает с частотой опорного генератора 7 Если диодный фотоприемник 5

0 вырабатывает импульс под действием светового импульса, отраженного модулятором

6от стороннего источника оптического излучения в промежутке между импульсами опорного генератора 7, то такой импульс

5 подавляется логическим элементом И 9, и не воздействует на схему измерения частоты вращения, чем обеспечивается повышение помехоустойчивости Нулевое или незаполненное состояние первого двоичного счет0 чика 10 обусловливает уровень логического нуля на его выходе Р переполнения и на управляющем (инвертирующем) входе логического элемента ЗАПРЕТ 11, чем разрешается прохождение импульсов с выхода

5 логического элемента И 9 через логический элемент ЗАПРЕТ 11 на счетный вход С первого двоичного счетчика 10 и заполнения последнего (фиг 2,d).

Одновременно выходные импульсы логического элемента И 9 (с частотой опорного

генератора 7) поступают на первый установочный R-вход второго двоичного счетчика 13, на счетный вход которого с прямого выхода D-триггера 14, включенного по схеме делителя частоты и тактовым С-входом соединенного с генератором 7, поступают импульсы, частота которых вдвое меньше частоты опорного генератора 7. Поскольку обнуление второго счетчика 13 происходит на частоте, вдвое превышающей частоту счетных импульсов, второй счетчик 13 не может быть заполнен.

После заполнения первого двоичного счетчика 10 на его выходе переполнения появляется уровень логической 1, запрещающей дальнейшее прохождение импульсов на счетный вход С этого счетчика через элемент ЗАПРЕТ 11. Одновременно уровнем логической 1 на выходе Р счетчика 10 запускается одновибратор 12, формирующий выходной сигнал блока 2 обработки сигнала фотодатчика. Этот сигнал поступает на вход блока 3 измерения частоты вращения, После прохождения отражающей метки модулятора 6 и смены ее промежутком между метками, поглощающим излуче- ние, диодный фотоприемник 5 перестает вырабатывать импульсы, что приводит к прекращению подачи импульсов с выхода логического элемента И 9 на первый установочный R-вход второго двоичного счетчика 13, и последний заполняется импульсами, поступающими на его счетный вход С с прямого выхода триггера-делителя 14. При заполнении второго двоичного счетчика 13 на его выходе Р переполнения появляется сигнал, поступающий на первый установочный R-вход первого счетчика 10, последний при этом сбрасывается в.нулевое состояние и подготавливается к дальнейшей работе (фиг.2,е).

Если на отражающей поверхности метки модулятора 6 имеется оптическая неоднородность, приводящая к кратковременному прерыванию отраженного потока излучения (оптическая неоднородность 20 на фиг.2,в-е), то в процессе заполнения первого двоичного счетчика 10 происходит его останов на время, равное времени прохождения оптической неоднородности, и дальнейшее заполнение при восстановлении отраженного потока излучения. При этом заполнение счетчика 10 и появление выходного импульса одновибратора 12 происходит с запаздыванием, равным времени прохождения оптической неоднородности 20. Тем не менее импульс на выходе одно- вибратора 12 вписан в интервал времени, соответствующий прохождению одной метки модулятора 6, и этой метке (даже при

условии прерывания ее оптической неоднородности) соответствует один импульс на выходе одновибратора 12, что обеспечивает высокую помехоустойчивость измерений. Если в промежутке между двумя отражающими метками на поглощающей поверхности модулятора 6 имеется оптическая неоднородность, приводящая к кратковременному отражению потока излучения (ложная метка 21, фиг.2,в-е), то первый двоичный счетчик 10 запускается при прохождении ложной метки и в него записывается промежуточное двоичное число, соответствующее длительности прохождения ложной метки (фиг.2,д). При этом импульс на выходе одновибратора 12 и блока 2 обработки сигнала фотодатчика не появляется, так как счетчик 10 не переполняется и не запускает одновибратор 12. После прохождения ложной метки происходит остановка счетчика 10, а дальнейшее его заполнение до переполнения происходит при прохождении первой последующей отражающей метки модулятора 6. При этом

сигнал переполнения счетчика 10 и импульс на выходе одновибратора 12 появляются в пределах интервала времени, соответствующего прохождению первой после ложной метки отражающей метки модулятора 6 с

опережением, равным длительности прохождения ложной метки. Таким образом, ложная метка не вызывает появления импульса на выходе блока 2 обработки сигнала фотодатчика, а следующей за ложной меткой отражающей метке модулятора 6 соответствует только один импульс на выходе одновибратора 12 и блоки 2 обработки сигнала фотодатчика.

Частота опорного генератора 7 зависит

от верхнего предела пмакс диапазона измерений частоты вращения, от углового размера метки {или промежутка между метками) модулятора 6, равного 2 лг/х (где х - суммарное количество меток модулятора и промежутков между ними) и от емкости D первого двоичного счетчика 10, и определяется соотношением

TGN пмакс х Р.

50

Формула изобретения Цифровой измеритель частоты вращения, содержащий фотодатчик, состоящий из диодного оптического излучателя, катодом через первый резистор соединенного с общей шиной источника питания, диодного фотоприемника, анодом через второй резистор соединенного с источником питания, оптический модулятор и блок измерения частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введен блок обработки сигнала фотодатчика, содержащий опорный генератор импульсов, выходом соединенный с анодом диодного оптического излучателя, усилитель-формирователь, входом соединенный с катодом диодного фотоприемника, первый двухвходовый логический элемент И, соединенный входами с выходами усилителя-формирователя и опорного генератора соответственно, первый двоичный счетчик, счетным входом соединенный с выходом второго логического элемента И, прямым входом соединенного с выходом первого логического элемента И, а инвертирующим входом - с выходом переполнения

0

5

первого счетчика и входом одновибратора, выход которого является выходом блока обработки сигнала и соединен с входом блока измерения частоты вращения, второй двоичный счетчик, первым установочным входом соединенный с выходом первого логического элемента И, а выходом переполнения - с первым установочным входом первого двоичного счетчика, D-триггер, тактовым входом соединенный с выходом опорного генератора, инверсным выходом - со своим информационным D-входом, а прямым выходом - со счетным входом второго двоичного счетчика, причем вторые установочные входы первого и второго двоичных счетчиков подключены к выходу устройства начального обнуления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты вращения, в частности для измерения частоты вращения ротора мотор-подшипников, вращающегося в бесконтактном газомагнитном подвесе. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. Поставленная цель достигается за счет введения опорного генератора 7 импульсов, логического элемента И 9, логического элемента ЗАПРЕТ 11, D-триггера 14, двух дополнительных двоичных счетчиков 13 и 16 импульсов и одновибратора 12 и позволяет нормализовать импульсы, вырабатываемые импульсным тахогенератором при прохождении меток отражательного модулятора 6, и подавить импульсы, возбуждаемые оптическими неоднородностями отражательной поверхности модулятора. 2 ил.

ж

и

to.

д

и

и

Pi

Фиг.2

Редактор В.Бугренкова

Составитель Д.Морозов Техред М.Моргентал

Ј

I

1

Корректор М.Максимишинец