Устройство для измерения малых угловых скоростей Советский патент 1979 года по МПК G01P3/48 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Изобретение относнтся к области измерительной техники я может найти применение для измереНкя скорости перемещения траверсы гидравлическнх прессов, а также скорости других медленно перемещающихся механизмов. Известны измерители угловой скорости, содержащие сельсин, подключенный к измернтельной схеме 1. Однако отмечается недостаточная точность при измерении с малых угловых скоростей и низкая надежность измерения при высокочастотных колебаниях скорости, возникающих из-за вибращга объекта. Наиболее близким по технической сущности является устройство для преобразования угло- . вой скорости вращения вала в частоту следования импульсов, выход которого можИо испйльзовап непосредственно для измерения скорости. Устройство состоит из последовательно соединенных генератора опорной частоты, делителя, фазо расшепительного блока, фазовращателя, соединенного с валом, скорость которого Измеря« тс5| умножителя частоты и блока сравнеиия 2. Однако это устройство нельзя использовать {ДЛЯ измерения быстро меняющихся скоростей. . Целью изобретения является расщирение диапазона измерений в условиях вибраций объекта. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения малых угловых скоростей снабжено преобразующим блоком, состоящим из триггеров с фазовым гистерезисом, синхронизирующие входы которых подключены через усилитель-огранИчител)ь к статориой обмотке фазовращателя, генератора опорной частоты, подключенного через делитель частоты н фазорасщепитель к роторной обмотке и к распределителю импульсов, выходы которого включены на потенциальные входы трнггеров с фазовым гистерезисом, а выходы триггеров подключены к измерительной схеме. На фиг. 1 дана блок-схема устройства для Измерения малых )a7ibBijx скоростей; на фнг. 2 - блок-схема триггера с фазовым гистерезисом; на фиг. 3 - диаграммы состояний в разш«нь1Х точкй блок-схемь для, случая, когда схема содержит одинТриггер с фазовыми гистерезисами; на фиг. 4 - диаграммы работы триггеров с фазовым гистерезисом для случая, когда схема содержит четыре триггера. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, делитель 2, фазорасщепительный блок фазовращатель 4, усилитель-ограничитель 5, распределитель 6 импульсов, сумматор 7, частотомер 8, триггеры с фазовым гистерезисом 9, состоящие (фиг. 2) из потенциально- импульсных .ключей 10, 11 и собственно триггера 12. Генератор 1 вырабатывает И1у пульсы опорной частоты fj (фиг. За), которые поступают на входы делителя 2 и распределителя 6. С выхода делителя 2 напряжение частоты f j . где k - коэффициент деления делителя 2, через фазорасщепительный блок 3 поступает в фазовращатель 4. Переменное напряжение с выхода фазовращателя 4 поступает на вход усйлйтеляргрйничителя 5, где усиливается и ограничивается до прямоугол1.ного напряжения (фиг. 3,г), величина фазового сдвига которого пропорциональна углу поворота ротора фазовращателя 4. Выходные сигналы усилителя-ограничителя 5 по ле дифференцирования, выделяющего их передние , подается на синхровходы триггеров с фазовым гистерезисом 9. Триггер с фазовым гистерезисом 9 состоит из собственно триггера 12 и двух потенциальноимпульсных ключей 10 и И на его входах, импульсные входы которых объединены в синхровход триггера 9, а потенциальные входы представляют управляющие входы этого триггера. Распределитель импульсов 6 осуществляет выработку пар стробирующих импульсов Cj и (фиг. 1 и фиг. 3, б, в) .Каждая пара импульсов Ci и С подается на свой триггер с фазовым гистерезисом 9 и сдвинута по фазе относительн соседней пары стробирующих импульсов на величину р 2п количество триггеров с фазовым гистерезисом. При вращении ротора фазовращателя 4 с частотой f3 могут aweiTi. место три различных варианта времешюго расположения выходного импульса усилителя ограничителя 5 относительно стробирующих импульсов Ci и Cj (для вхо дов каждого из триггеров), а именно: а)импульс усилителя 5 совпадает с Ci (мо мент tj на фиг. 3, г); б)импульс усилителя 5 совпадает с Cj (мо мент ta на; фиг. 3, г); в)импульс усилителя 5 не совпадает ни с CI.HH с Cj (моменты t и t4 на фиг. 3,г). Состояние триггера 12 изменяется только пёрвШ двух (Случаях, причем, если имеет место совпадение со стробом Ci, то триггер переклю чается, например, в состояние 1 (или это состояние подтверждается), Ео1и же-имеет место совпадение со стробом Gj, то он переключается в состояние О, (или это состояние подтверждается) (фиг. 3, д). Пусть в течение некоторого конечного интервала времени измеряемая скорость постоянна (fj const). Тогда в силу тбго, что измеряемая скорость мала (fj « fj) на протяжении некоторой части рассматриваемого интервала времени выходные импульсы усилителя-ограничителя 5 совпадают со стробами Cj (случай а), затем не будут совпадать ни с Cj, ни с Cj (случай в) и далее совпадают со стробами Cj (случай б). Таким образом, ключи 10 и 11 пропускают на входы триггера 12 повторяющиеся серии импульсов, причем частота повторения этих серий пропорциональна угловой скорости фазовращателя. Состояние триггера 12 изменяется под действием первого импульса каждой серии, поэтому частота переключения триггера также пропорциональна угловой скорости фазовращателя 4. Частота импульсного напряжения на выходе каждого из триггеров с фазовым гистерезисом 9 равна f, fi - k(f, ± f,) f4 -fj - kfj ± kfs,- (2) где k - коэффициент деления делителя 2, равный К j Отсюда fi kfj, поэтому из формулы (2) получают. (3) 4 в формулах (1)-(3) знаки означают только . направление вращения ротора фазовращателя 4, далее они не учитьшаются. -. Флуктуащш фазы положительного фронта напряжения, поступающего на сиихровход триггера 9, ъыуагаяля высокочастотными колебаниями измеряемой скорости из-за вибрации объекта (фиг. 3, г) и происходящая в пределах зоны гистерезиса (т. е. в интервале между задним фронтом одного стробирующего импульса и передним фронтом другого), вызывает соответствующее смещение (флуктуацию) моментов переюпочения триггера 9, если она случается в моменты времени t| или ta, и йё вызывает изменения состояния триггера, если она случается в моменты времени t или t4 (фиг. 3,д). В любом случае такие колебания измеряемой скорости не приводят к изменению частоты переключения триггера, так как ие вызывают его ложных переключений из-за флуктуации фазы напряжения частоты fj ± fa и, следовательно, не вносят погрешность в результат измерения скорости объекта. На фиг. 3, е показаны моменты переключения триггера 9 из одного состояния в другое в зависимости от величины фазового сдвига выходного напряжения усилителя-ограничителя 5. Здесь же указана величина зоны гистерезиса. Если устройство содержит не один триггер с фазовым гистерезисом, а несколько (иапример, п триггеров), то, в связи с тем, что пары стробирующих импульсов С и С, управляющи переключениями каждого из триггеров, сдвинуты по фазе, переключение триггеров 9 происходит поочередао по мере вращения ротора фазовращателя 4 и на выходе сумматора 7 имеет напряжение с частотой fs nf4 nkf3(4) Увеличение количества триггеров с фазовым гистерезисом отражается и на мачешш зоны гистерезиса предлагаемого устройства в целом, а именно она возрастает в п раз по сравнению с устройством, содержащим один триггер с фазовым гистерезисом. На фиг, 4 приведено устройство с четырьмя -триггерами. На фиг. 4а, б, в, г изображены моменты переключения каждого из четырехтриггеров соответственно в зависимости от величины фазового сдвига выходного напряжения усилителя-ограничителя 5; на фиг. 4д - моменты появления импульса на выходе сумматора 7 вызванного переключением одного (любого) триггера, и указана величина зоны гистерезиса предлагаемого устройства в целом. Полученная частота f s на выходе сумматора пропорцисжальиая угловой скорости вращения ротора фазовращателя 4, поступает на частотомер 8, осуществляющий индикацию этой частоты в цифровой форме. Формула изобретения Устройство для измерения малых угловых скоростей, содержащее фазовращатель, подключенный к измерителыюй схеме, выполненной в виде сумматора и частотомера, отличающееся тем, что, с целью расщиренкя диапазона измерений в условиях вибрации объекта, оно снабжено преобразующим блоком, состоящим КЗ триггеров с фазовым гистерезисом, синхронизирующие входам которых подключены через усилитель-ограничитель к статорной обмотке фазовращателя, генератора опорной частоты, подключенного через делитель частоты н фазорасщепитель к роторной обмотке и к распределителю импульсов, выходы которого включены на потенциальные вхоф триггеров с фазовым гистерезисом, а выходы триггеров подключены к измерительной схеме. Источники информации, щ инятые во внимание при зкспертнзе 1. Авторское свидетельство СССР N 322719, кл. G 01 Р 3/48, 1971. 1 Авторское свидетельство СССР № 325619i кл. G 06 J 3/00, 1968 (прототип).

fl

a)

f

S)

. сг

Цб}

г)

/ 8)

e) /

бна еиетбрезисй Фиг.3 ,

о f)

S)

г)

У

У

У

Зона гистерезиса