Цифровой измеритель относительной разности скоростей Советский патент 1980 года по МПК G01P3/56 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАЗНОСТИ

СКОРОСТЕЙ

Мй влЁнр содержит генератор эталонной частоты, две логические схемы И,

реверсивный сШ Ш7 григгеР №а1са,

АёШфрат Г циф вбЙ Hitfl MiMT S ir flBa ЯоИШМИтелбных ключа, причем :e Bfl EieliiepfcHBifor6 счётчика ЗЙЩийШ} с выходом первой логической схемы И, из входов которой подключен к : Генератору эталонной частоты, а второй - объединён с Вторым выходом блО ita 1 гфйвЛёийя, устанойОчнйми входами . реверсивного счетчика и первым входом триггера знака, второй вХой которого через вторую лб 7йчёёк:} |5 схему И бвяэай с Четными выходами реверсивного счетчика, а выходы его соединены с соответствующими управляющими входамй рёвёрйИ1йОго71йЧе1чИй%

ковым разрядом цифров6го ййЯЙкат6ра, .да13ят1Мвйё irOTdpdfе Чёегёй дешифратор подключены к выходам реВерсивного счетчика, управляющие . ВХОДЫ дополнительных ключей подключены к третьему выходу блока управлеНИН, а их: сигнальные; выводы соединены с выводам конденсаторов соответствующихинтеграторов.

На чёртеже представлена схема предложенного цифрового измерителя относительной разности скоростей, содержащего импульсные датчики 1 и 2, выходы которыхсоединены с информационными входами схем 3 и 4 выделения периода, подключенных своими управляющими входайй к нижнему выходу блока управления 5, Выходы схем выдеэтения периода 3 и 4 соединены соотвётственйо СОсредним и нижним вхо:дами блока управления 5, а также с управляющими входами ключей 6 и 7, которые соединяют источник 8 опорногр. напряжения с входами аналоговых интеграторов 9 и 10.Интегратор 9 состоит из усилителя 11постоянного токи, ВХОДНОГОрезистора 12, конденсатора 13 и разрядного ключа 14.. Интегратор 10 - из усилителя 15 постоянного тока, входного резистора

.16V конденсатора 17 и разряднЬго .

ключа 18. .Управляющие входы рбоих. разрядных ключей 14 и 18 аналоговый интеграторов 9 и 10 соединены со средним выходом блокаГ 5 уп15айлёнйя. вход перв 2ГРб аШло гдБОг6 HHfWFpafbpa . 9 й йййЙчей к в 5гя;дйУ ан логовогр интегратора 10 с помощью ключа 19, управляющий вход } рторого.соединён с верхним выходом блока 5 упра ления, куда также подсоединен нижний вход логической схемы И 20, второй - верхний схемы соединей с генератором 21 эталонной частоты. Выход же первого аналогового интегратора 9 связан с входом нуль-органа 22, который сврим выходом соединен с верхним входном блока 5 управления.

Цифррвое отсчетное устройство 23 сострит из реверсивного счетчика 24,

счетный вход которого связан с выходом лРгической схемы И 20, а управляющИе входы направления счета соединены с соответствующими выхода мй триггера 25 знака, нижний вход которого связан с установочными входами реверсиЁного счетчика 24 и верхним выходом блока 5 управления Верхний вход триггера 25 знака подключен к ВЫХОДУ схемы И 26, входы которрй соединены с четными выхода.мИ реверсивного счетчика 24, поразрядно связанного с дешифратором 27, управляющим десятичными разрядами цифрового индикатора 28. Входы же знакового разряда цифрового индикатора 28 соединены с соответствующими выходами триггера 25 знака. : Работа измёрителя относительной ра зйости скоростей основана на реалзацииследующих соотношений.

Величина относительной разности скоростей 7 % AV N2-V-1

.-100 , V,

(1)

ч ч и V - линейные скорости

где V.

соответственно первого и второго валов. В качестве датчиков скоростей используются преобразователи угловых скоростей в частоту импульсов. Между частотами импульсов f и fg первого и второго датчиков и линейными скоростями V и Vg валов существуют зависимости : , .

(2)

Ц К,У, (3) 2 2 Z

где К. и К2 - коэффициенты пропорциональности.

Исходя из вышеприведенных зависимостей (1), (2) ;и (3) получим:

А -V2-V - К/1 g

Н, (И)

М

-1

гдеГ.уИ Т

- периоды следования импульсов от датчиков 1 и 2.

Процесс измерения происходит в два этапа. Ни первом этапе в определенных масштабах Измеряются величины периодов Т и Т, а на втором - осуществляется измерение их отношения и автомнт йЧеакое- йыЧитание единицы из полученного результата.

Цикл измерений начинается с размыканий разрядных ключей 14 и 18 stHaJiofOBbK ИнтегратРров 9 и 10 по команде блока 5 управления, характеризуемой появлением нулевого потенциала на его среднем выходе. Однрвременно с появлением О на среднем выходе блока 5 управления на его нижнем выходе появляется импульс , передним своим фронтом разрешающий работу схем 3, и 4 выделения периода. На верхнем выходе блока управления в этот момент действует потенциал О, удерживающий по управляющему входу ключ 19 в разомкнутом состоянии. Каждая из схем 3 и 4 выд ления-периода устроена так, что пос ле прихода на ее управляющий вход разрешающего импульса,первый же импульс, поступивший на информационный вход, устанавливает на ее выходе поа второй - восстанавтенциалливает исходное нулевое состояние, после чего повторное зРэбатывание становится возможным только с tipHko дом на управляющий вход следующего разрешающего импульса. Таким образом за 1. цикл измерений с выхода схемы 3 выделения периода на управляющий вход ключа 6 подается один импульс длительностью, равной периоду следования импульсов от датчика 1. Аналогично со схемы 4 выделения периода на управляющий вход ключа 7 по дается один импульс длительностью, равной периоду следования им пульсов от датчика 2. Во время дейст вия этих управляювщх импульсов ключи б и 7 открываются и происходит пРО-. цесс интегрирования опорного напряж ния источника 8 аналоговыми интеграт рами 9 и 10. С исчезновением выходны импульсов схем 3 и 4 выделения перио ключи 6 и 7 размыкаются и на выходах аналоговых интеграторов 9 и ГО к кон цу первого этапа устанавливаются постоянные напряжения, равные ) пЧз . 1 . . V UcTa . , и ,и и- соответственно напряжения на выходах первого и второго интеграторов 9 и 10; и Rjf - величины резисторов 12 и 16; :. и С - величины емкостей конденсаторов 13 и 17; t и t - моменты, соответст-вующие началу пррцесса интегрирования в Первом и втором интеграторах 9 и 10 на 1-м этапе измерений и„ - опорное напряжение источника 8; ..С С - постоянные вр емени ох Э тЬ II первого и второго интеграторов 9 и 10 по их первым входам. Второй этап из.мерений начинается Б момент установления нулевых потенциалов на выходах обоих схем 3 и 4 выделения периода, воспринимаемыхблоком 5 управления по среднему и нижнему входах, в результате, чего состояние его верхнего выхода изменяется на противоположное - с О на Ч. Перепад напряжения с в напервом выходе блока 5 управления устанавливает триггер 25 знака в состояние минус, а в реверсивном счетчике 24 по установочным входам записывается код, соответствующий значению единицы на цифровом индикаторе 28. Состояние минус триггера 25 знака вызывает свечение на цифровом инд икаторе 28 знака и установление по управляющим входам реверсивного счетчика 24 направления счета вычитание. Одновременно с этим схема И 20 по нижнему входу получает разрешающий потенциал , в результате чего импульсы стабильной длительности с генератора 21 начнут проходить через указанную схему И 20 на счетный вход реверсивного счетчика 24. Под воздействием.единичного потенциала на верхнем выходе блока 5 управления ключ 19 открывается и интегратор 9 начинает интегрировать выходное напряжение интегратора 10. Выходное напряжение интегратора 9 на втором этапе измерений определяется соотношением: I- Ua ( , j -. -a ; u.dt u;-4-ju;.,at.u;) ,-iiS -t где t - момент начала 2-го этапа измерений j t. - длительность 2-го этапа из2 . Подставляя в (7) значения из (5) и (6), получим: ., . - 0, И ,-сг Второй этап измерений заканчивается, когда напряжение на выходе интегратора 9 достигает нуля. В этот момент срабатывает нуль-орган 22 и импульс с его выхода, своим передним фронтом воздействия на верхний вход блока 5 управления, изменяет состояния на верхнем выходе с Ч на О, в результате чего ключ 19 размыкается, а схема И 20 запирается и импульсы с генератора 21 перестают проходить на счетный вход реверсивного счетчика 24. Процесс измерения заканчивается. Одновременно с этим со среднего выхода блока 5 управления подается команда на замыкание разрядных ключей 14 и 18. После временной выдержки необходимой для снятия отсчета с цифрового индикатора 28 блок 5 управления дает команду на начало следующего цикла измерений. Длительность второго этапа измерений определяется из уравнения (8)- при и; Откуда Числ(5 йШульсой/ 11рбШёдйих н счет ныйвход реверсивного счетчика 24: N fp-ty (il). где fg частота генератора ;21 стабилбной частоты. Выбрав произведение равным откоэффициенфчэв пропорношениюциональности датчиков 1 и 2 из вьфа к.П: жёний (II) получим --( ч N- (12) 22 Ч- I измеряемая величина равна: : -. . ---,. -.....-;« Поскольку в реверсивный счетчик 28 .рйачале второго этапа измерения записан код,,соответствующийеди.нйцё в десятичн рй системе счисления а Пб управляющим вХолдам подается ко ,манда, задающая режи1УГ. вычитания, то импульсы, приходящие на его счетный вход, уменьшают.значение предвари;,т ёльнд записанного числа. С приходом числа импульсов, соответствующе го значению единицы, в счетчике 24 ркажё Ся результат, равный нулю,при крторо м .все четные выходы, соединен со схемой И 26,- принимают состо . ..На выходе схемы И 26 появится импульс , опрокидывающи СВОИМ передним фронтом триггер 25 7знак||.в состряние плюс, в результате чегр на цифровом индикатор загорится соответствующийзнак + а реверс.1гфный счетчик 24 перелет в режимсуммирования. Таким образом, посйе прихода последнего счетного импульса цифровое отсчетное устройс .вр 23 зафиксирует результат измерения со знаком .-, если число при шедших счетных иМпуйьсбв меньше запй.сайногб ранее числа в счетчике 24 и со знаком +, если число пришедших импульсов равно или бОЛЫйЙ числа, предварительно записанного в счетчике 24. Результат измерений цифровом индикаторе 28 Ъоотвётй1 8Уе значению относительной разности скоростей в относительных еДийицах. При желании результат отсчета можно получить в процентах , смесТй1вЭ:аН ятую на. 151ифровом индикаторе 28 на два разряда вправо. „ t . Установка требуемого отношения К /К коэффицИентов Тйр6й(ЗрайШ13Гё ности,датчиков 1 и 2 осуществляется с помощью переменного резистора 16 в интеграторе 10. . Формула изобретения .. , -,V S-.x - . - -- . Цифровой измеритель отндскт елъаой р-1 {ГсГети скоростей, содержащийдва импульсных датчика, две схемы выделения периода, два аналоговых интегратора, три ключа, источник опррного напряжени ч, блрк управления и нульорган, .при этом входы интеграторов подключены: к источнику опорного напряжения через первый и второй ключи, управляющие входы которых объединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, третий вход--которого через нуль-орган подключен к выходу первого интегратора, и с выходами первой и второй схем вьщейёШя периода,..первые входы которых соединены с выходами соответствующих импульсных датчиков,а вторые йхдДы объединены с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу третьего ключа, через который выход второго интегратора соединен со входом первого интегратора, о т л и ч а ю ni и и.с.я тем, что, с целью повышерия быстродействия и расширения динамического диапазона, он дополнитёЛьно содержит генератор эталонной частоты, две логические схемы И, реверсивйый счетчик, триггер знака, деигафра1ор, цифровой индикатор и два дополнитёльнйх ключа, причем счетный вход реверсивнЬгр счетчика соединен с выходбм перврй логической схемы И, один из входов которой подключен к генератору эталонной частоты, а втррой объединен со вторым выходом блокад правления, установоч-йыми входами реве сивнрго счетчика и первым BxoiioM триггёра знака, второй вход которого через вторую логическую схему И связан с четными выходами реверсивнрго счетчи.ка, а выходы его срединецы с соответствующими управляющими входами реверсивного счетчика и знаковым разрядом цифрового индикатора,- десятичные разряды которого через дешифратор подключены к выхрдам реверсивного счетчика, управляющие входы дополнительных ключей подключены к третьему выходу блока управления, а .их сигнальные выбОдал соединены с выводами конденсаторов соответСтвукнцйх интеграторов. Источники информации принятые .во внимание при экспер-зизе J. Богород ГгЗ,. и Киблицкий В.А.Циф1эовые регулятрры и измерители скоЭнергия1966, с.61-85. рости. 2.Журнал Приб6 ры и системы управления, 10, 1970, с.42-43. 3... Авторское свидетельство СССР по заявке 2479769/18-10, кл. G 01 Р 3/56, 1977 (прототип).