Цифровой измеритель угловойСКОРОСТи и уСКОРЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01P3/489 G01P15/08 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ

Образцовой частоты не заполняется и устройство.не регистрирует в это время информацию об измеряемой скорости .

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

поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель угловой скорости и ускорения, содержащий импульсный датчик скорости, генератор эталонной частоты, соединенный через ключ со входом счетчика числа периода, второй ключ, набор схем И,одни входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика числа периода, а выходы .со входами схемы ИЛИ, счетчик числа импульсов датчика скорости и блок измерения приращения угловой скорости, введены три регистра памяти, делитель частоты и элемент стабилизации интервала времени измерения, оди вход которого подключен к выходу соответствующего разряда счетчика числа периода, другой вход, соединенный со входом счетчика числа импульсов датчика скорости и входом второг ключа, подключен к выходу датчика ск рости, а выход соединен с третьим вх дом первого ключа, со входами первого и второго регистров памяти и со входом блока измерения приращения угловой скорости,, другой вход которого соединен с выходом первого ключа, при этом другой вход первого регистра пг1мяти, соединенный со входом третьего регистра памяти, подключен к выходу счётчика числа периода, а выход - к другим входам набора схем И, выход третьего регистра подключен к третьему входу блока измерения приращения угловой скорости, а другой вход третьего регистра пгмяти, соединенный со входом второго кл ча и с четвертым входом блока измерения приргицения угловой скорости, подключен к выходу второго.регистра памяти, другой вход которого соедине с выходом счетчика числа импульсов датчика скорости, а третий вход через 7(елитель частоты и второй ключ с выходом схемы ИЛИ.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого измерителя угловой скорости и ускорения.

4 Измеритель содержит импульсный датчмк 1 скорости,генератор 2 эталонной частоты, ключ 3, элемент 4 стабилизации интервгша времени измерения, счетчик 5 числа периода, счетчик 6 числа импульсов датчика скорости, набор 7 схем И, схему 8 ИЛИ, регистры 9-11 памяти, делитель 12 частоты, .блок 13 измерения приращения угловой скорости ( ключ 14, с втчик 15, регистр 16 памяти и второй ключ .17. , Измеритель работает следующим образом.

в исходном состоянии ключ 3 закрыт, триггер 4 (элемент 4) находится в состоянии 1., Ближайший импульс с выхода датчика 1 своим задним фронтом производит сброс в нулевое состояние счетчиков 5- и 6 (устройство сброса не показано) и открывает ключ 3. Начинается заполнение счетчика 5 импульсами эталонной частоты fo с генератора 2 и счетчика б импульсами с выхода датчика I. По истечении заданного времени Т на выходе соответствующего разряда счетчика 5 появляется импульс, который устанавливает .тригер 4 в состояние О. Далее заполнение счетчика 5 импульсами эталонной частоты происходит в течение времени it до прихода ближайшего импульса с выхода датчика 1. Этот импульс своим передним фронтом опрокидывает триггер 4 в состояние 1. В момент перехода триггера 4 из состояния О в состояние его выходной сигнал (пе;редний фронт) , cнимae «й, с прямого выхода, закрывает ключ 3 и производит перепись числа счетчика 5 в perncTip 9 памяти и числа счетчика б в обратном коде в регистр 11 памяти. Этот же сигнал производит перепись.в обратном коде числа регистра 10 в счетчик 15 блока 13 измерения приращения угловой скорости (о котором сказано ниже). Очередной интервал времени измерения начинается с приходом заднего фронта того же импульса с датчика 1,который производит обнуление счетчиков 5 и 6 и открывает ключ 3, после чего начинается заполнение соответствующими импульсами счетчиков 5 и 6, а также счетчика 15 импульсами эталонной частоты.

Таким образом, в предлагаемом измерителе имеется згщанное время TV, определяемое ссответствующим количеством разрядов счетчика 5, по -истечении которого -ближайший импульс с датчика 1 скорости заканчивает интервал времени измерения Т . Обеспечивая в нижнем диапазоне изменения скорости (п растет пропорционально росту скорости), имеем во всем диапазоне изменения скорости интервсш времени измерения Т ,.,const. В конце каждого интервала времени измерения в счетчике 5 записывается пропорциональное периоду Т число Н( - , а в счетчике 6 число п « Т/Т , где Т - период;

Т- интервал времени измерения.

Эти числа, однозначно определяют угловую скорость при минимальной погреиности измерения ее по периоду (погрешности дискретности). Число / N постоянно находится в регистре 9 памяти, кото{ялй совместно со счетчиком 5 числа периода,набором 7 схем И и схемой 8 ИЛИ образуют управляемый

делитель частоты. При этом счетчик 5 служит делителем частоты, на вход которого поступает частота f , а регистр 9 памяти задает частоту f, на выходе управляемого делите.ля частоты (на выходе схемы 8 ИЛИ)

Ik

f. f«

т

,где N - максимальная емкость счетчика 5 и ре гистра 9.

Частота f f 1/Т измеряемой частоты с выходадатчика 1 скорости и приблизительно постоянна,, так как пТ Taconst. Если частоту f послать на вход делителя частоты с коэффициентом деления п, его выходе получим частоту . Период этой частоты T2 f N, прямо пропорционален измеряемой частоте f и, соответственно, угловой скорости Заполняя этот период импульсами эталонной частоты, получаем число,пропорциональное угловой скорости. С целью повышения точности преобразования целесообразно, увеличить период Т- путем деления частоты

рым делителем частоты с коэффициентом деления К. Тогда на выходе второго делителя чатоты получаем период следования импульсов /f.

В предлагаемом измерителе вторым делителем частоты служит делитель 12, а первым - регистр 11 памяти, в который в обратном коде переписывается число п из счетчика 6. После появления на входе регистра 11 памяти п импульсов с выхода делителя 12 частоты, во всех десятичных разрядах регистра 11 записывается число 9. В момент появления девяток во всех разрядах регистра 11 памч.ти (сборка девяток не, показана) на его выходе появляется импульс, который заканчивается преобразованием числа, пропорционального периоду Т, в, число, пропорциональное угловой скорости (t, а также формирование числа, пропорционального угловому ускорению dw/dt. Этот процесс преобразования происходит одновременно с процессом измерения периода.

В качестве счетчика, заполняемого импульсами образцовой частоты в течение времени преобразования Т, служит также счетчик 5 числа периода К началу каждого последующего интерВсша времени измерения Т в регистрах 9 и 11 Пс1мяти находятся соответственно числа N и в обратном коде п, полученные в предыдущем интервале. Счетчики 5 и 6 находятся в нулевом состоянии. Ключи 3 и 14 открыты. Происходит заполнение счетчиков 5 и б соотвётствующими импульссЦиш и Фо1м«шрование частоты f на выходе схемы 8 ИЛИ, импульсы которой через ключ 14 и делитель 12 частоты поступают на вход регистра 11. По истечении времени Т на выходе регистра 11 появляется импульс, который закрывает ключ 14. Этот ключ, остается закрытым до тех пор, пока в регистре 11 будут оставаться девятки,, т.е. до окончания интервала времени измерения, когда в регистр 11 будет переписано в обратном коде новое число п из счетчика б. Этот импульс на выходе регистра 11 производит перепись числа, содержащегося

o в счетчике 5 к моменту окончания времени Т, в регистр 10 памяти. Это число N(jj fe Т, пропорционально угловой скорости w. Учитывая, что f Ztt)/2)i (где Z - число зубцов датчика скорости),- получаем

5 на 21t/Njj KZ. Варьируя при заданном N параметрами К Z и , в регистре 10 памяти постоянно, имеется цифровой отсчет в единицах угловой скорости с десятичным коэффици0ентом кратностч.

Блок 13 измерения приращения угловой скорости содержит счетчик 15, регистр 16 Пс1мяти и ключ 17. В конце каждого интервала времени измерения

fj, вто5Т выходной импульс триггера 4 переписывает в обратном коде число N из регистра 10 в c4ieT4HK 15. С началом очередного интервгша времени измерения и одновременно времени пре0образования импульсы образцовой частоты через открытый ключ 17 поступают на вход счетчика 15. По истечении времени выходной сигнеш регистра 11 памяти закрывает ключ 17 и

5 переписывает число из счетчика 15 в регистр 16 памяти в прямом или обратном коде. Ключ 17 остается зак{я тым до окончания ввремени Т . Бели число Нц| импульсов, поступивших на вход счетчика 15 в течение времени

0 Т, равно или меньше числа Н,„, полученного за предыдущий интервгш времени измерения, то в счетчике 15 записывается соответственно или число содержащее девятки во всех десятич

5 ных разрядах счетчика,или число,равное разности между девятками и числом U. Чу/| этом случае число из счетчика 15 переписывается в регистр 16 псмяти в обратном коде.

0 Если , перепись осуществляется в прямом коде. Вид кода определяет знак I

Таким образсям, в регистре 16 памяти постоянно находится число

5

ЛМц, AiuN KZ/fo21(;, где ДШ-ш,-(Ц1- величина, пропорциональная приращению угловой скорости за интервгш времени измерения.

Разделив правую и левую часть

О этого вьфажения на время Т и учитывая, что Т -Const, получаем, что угловое ускорение

d /dt«&uyT -A-Ncyfo 2ir/N KZT пропорционально числу л Not содер5жащемуся в регистре 16 памяти.