Цифровой измеритель ускоренияВАлА Советский патент 1981 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано для измере ния ускорений валов, например, двигателей центрифуг. Известны измерители, которые работают по принципу счета импульсов датчика за сопрягающиеся эталонные интервалы времени. При этом ускорение фактически определяется как разность усредненных зц ачений скоростей вала на этих ин ервалах времени Г1 Однако для точного и быстрого измерения ускорения эти устройства тре буют импульсных датчиков скорости с высокой разрешающей способностью. .Такие датчики являются весьма сложными в технической реализации статочно надежными в эксплуатации. Также известен цифровой измеритель ускорения вала, содержащий импульсный датчик, расположенный на ва лу, генератор эталонного времени, прямой и инверсный выходы которого соединены со входами двух схем И, выходы которых связаны со входами ре версивного счетчика. При этом иивёрс иые выходы реверсивного счетчика сое динены через схему инкоемента со вхо дами первой группы вентилей, прямые выходы реверсивного счетчика соединены совходами второй группы вентилей и входами дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами групп вентилей, выходы которых связаны с отсчетным устройством 2j. Недостатком известного устройства является сложность датчика. Это связано с тем, что для точного и быстрого измерения ускорения вала необ- . ходим датчик с высокой разрешающей способностью (числом импульсов на оборот). Такие датчики сложны, дороги и ненадежны в эксплуатации. Как правило, они имеют большие размеры и значительную массу, что не позволяет использовать их в мгшомощных приводгос с высокими требованиями к динамическим свойствам. Цель изобретения - повыиение надежности устройства за счет использования простого импульсного датчика. Поставленная цель достигается там, ото в известное устройство введены генератор эталонной частоты,формирователь, выполненный на D-триггере, RS-триггере и схеме И, преобразователь код-частота, выполненный на последовательно соединенных счетчике, группе вентилей и двоичном умножителе, делитель частоты и RS-триггер, причем вьйсод импульсного датчика соединен с С-входом D-триггера, D-вход которого подключен к прямому выходу RS-триггера формирователя, инверсный выход - ко входу группы вентилей пре образователя, а прямой выход - к пер вому входу схемы И формирователя, второй вход которой соединен с выходом генератора эталонной частоты, со входом двоичного умножителя и со вто рыми входами двух схем И, а выход - со входом счетчика и с R-вхрдом RS-триггера формирователя, 5-вход ко торого подключен к прямому выходу ге нератора эталонного времени, при это выход двоичного умножителя соединен со входом делителя частоты и с S-вхо дом R5-тpиггepa, R-вход которого под ключен к выходу делителя ча.стоты и к установочному входу счетчика, а выход - к третьим входам двух схем И. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит импульсный датчик 1, частота которого пропорциональна скорости вращения, располо женный на валу, формирователь 2, выполненный на 0-триггере 3, схеме И 4 RS-триггере 5, генератор б эталонного времени, генератор 7 эталонной частоты, преобразователь 8 кода в ча тоту, выполненный на счетчике 9, вен тилях 10 и двоичном умножителе 11, делитель 12 частоты, RS-триггер 13, схемы и 14, 15, реверсивный счетчик 16, дешифратор 17, группу вентилей 18, схему инкремента 19, группу вентилей 20, отсчетное устройство 21, Выход импульсного датчика 1 соединен с С-входом триггера 3, прямой выход которого соединен со входом схемы И 4, выход которой соединен с R-входом триггера 5,к 8-входу кото рого подключен прямой выход генератора б. Прямой выход триггера 5 соединен с D-входом триггера 3. Ко вторОму вход у схемы И 4 подключен выход генератора 7. Выход схемы И 4 соединен со счетным входом счетчика 9, разрядные выходы которого соединены через вентили 10 с кодовыми входами двоичного умножителя 11, К управляющему входу вентилей 10 подключен инверсный выход триггера 3. К частотно му входу двоичного умножителя 11 под ключен выход генератора 7, а выход двоичного умножителя 11 соединен непосредственно с S-входом триггера 13 а через делитель 12 частоты - с его R-входом. Кроме того, выход делителя 12 частоты соединен с установочным входом счетчика 9. Прямой выход триггера 13 связан с первыми входами схем И 14, 15 ко вторым их входам лодключен выход генератора 7, к трет ему входу схемы И 14 подключен прямой выход генератора 6, инверсный выход -которого подключен к третьему входу схемы И 15. Выходы схем И 14,15 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 16. Прямые выходы реверсивного счетчика 16 соединены с дешифратором 17 и группой вентилей 18. Инверсные выходы реверсивного счетчика 16 соединены через схему инкремента 19 со входа:ми группы вентилей 20. Выходы дешифратора 17 связаны с управляющими входами групп вентилей 18 и 20, выходы которых соединены с отсчетным устройством 21. Работа устройства заключается в следующем. исходное состояние элементов устройства таково: триггеры 3, 5, 13 - в состоянии О, счетчики 9, 16 обнулены. Фронтом импульса на прямом выходе генератора 7 триггер 5 устаравливае.тся в состояние 1. Тем самым подготавливается .к опрокидыванию триггер 3. Опрокидывание последнего происходит при поступлении на С-вход очеред 1Ого импульса датчика 1. в это же время открывается схема И 4 и-импульсы генератора 7 поступают в счетчик 9. Первый же из этих иМпульсов устанавливает триггер 5 в состояние О. Тем самым подготавливается к опрокидыванию в состояние О триггер 3. Опрокидывание происходит при поступлении следующего импульса датчика 1.Таким образом, схема И 4 открыта в течение рассматриваемого периода импульсов датчика 1 и в счетчике 9 по окончании указанного периода окажется записанным число Ч о, Ч где fp - частота генератора 7. По окончании периода Tjf сигналом 1 ин-версного выхода 3 открывается вентили 10 и код счетчика 9 поступает на кодовые входы двоичного умножителя 11. Частота на выходе последнего определяется выражением f о N,где К - емкость счетчика 9, илиу с учетом (1) Первым же импульсом двоичного умножителя 11 триггер 13 устанавливается в состояние 1. Тем самым открытой оказывается схема И 14 и импульсй генератора 7 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 16. Импульсом переполнения делителя 12 частоты триггер 13 устанавливается в состояние О, а также обнуляется счетчик 9. Таким образом, схема И 14 бь2па открыта в течение интервала Р где Р - коэффициент деления делите частоты , или с учетом (2) Таким образом, в реверсивномсчетчике 16 окажется записанным чи ло или с учетом (3) где F 1/Т - i - moe .- значение частоты датчика 1. Пос.кольку часто датчика 1 пропорциональна скорости врацения V вала,ото число Ny. такж пропорционально этой скорости Через временный ентервал Т, равны полупериоду следования импульсов г нератора 6, срезом импульса-на пря мом выходе последнего триггер 5 ус танавливается в состояние 1. Одно временно потенциалом + инверсного выхода -генератора 6 подготавливает ся к открыбанию схема И 15. . С поступлением на триггер 3 очередного импульса датчика 1, триггер опрокидывается в состояние 1 и им пульсы генератора 7 поступают через 9ткрытую схему И 4 в счетчик 9. Пер вым же выходным импульсом схемы И 4 триггер 5 устанавливается в состояние О и, таким образом, при посту плении следующего импульса датчика триггер 3 опрокинется в состояние О, прекращая подачу импульсов га нератора 7 в счетчик 9.В последнем окажется записанным число (14 Т) с (1+Тт) Аналогично вышеописан«ому, часто та на выходе двоичного умножителя 1 равна f. foliiiliL 4i4T) - к . Схема И 4 открыта в течение интерва TV(UTT) -flTj.T,) и на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 поступит КР V() (r) рли, с учетом (4) U , VO+TT -(нтт)-Результирующее число, записанное в реверсивном счетчике 16 по окончаНИИ описанного цикла работы устройства, окажется равным N N,, -Nv((V. -V(.T,)(5) Как следует из (5) число N пропорционально разности скоростей вала в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал Т.,-. Таким образом, число N пропорционально разности скоростей, измеренных через постоянный интервал времени, а, значит, и ускоренного вала. Поскольку частота датчика 1- измеряется по периоду импульсов, то совершенно очевидно, что к датчику 1 не предъявляются жесткие требования по крутизне преобразований. Практически для большинства згщач оказывается достаточным, иметь крутизну преобразования датчика 1 импульс/оборот. Таким образом, вместо механических сложных квантователей, схем умножения частоты оказывается возможным применить чрезвычайно простой квантующий элемент - металлический флажок, расположенный на.валу. Формула изобретения Цифровой измеритель ускорения вала, содержащий импульсный датчик, расположенный на валу, и генератор эталонного времени, прямой и инверсный выходы которого соединены срвходами двух схем И, выходы которых подключены ко входам реверсивного счетчика, инверсные.выходы которого соединены через схему инкремента со входами первой группы вентилей, а прямые выходы - со входам второй группы вентилей и входами дешифратора,, выходы которого подключены к управляющим входам групп вен.тилей, вь1ходы которых соединены с отсчетным устройством, отличающийся тем, что, с целью повьаиения надежности, в него введены генератор эталонной частоты, формирователь, выполненный на 0-т:)иггере, RS-триггере и схеме И, преобразователь код-частота, выполненный на последовательно соединенных счетчике, группе вентилей и двоичном умножителе, делитель частоты и RSтриггер, причем выход импульсного датчика соединен с С-входом О-триггера, D-вход которого подключен к прямому выходу RS-триггера формирователя, инверсный выход - ко входу группы вентилей преобразователя, а прямой выход - к первому входу схемл И формирователя, второй вход которой соединен с выходом генератора этгшонной частоты, со входом двоичного умножителя и со вторыми входами двух схем И, а выход - со входом счетчика и с R-входом RS-триггера формирователя, S-вход которого подключе Н к

/824061Q

прямому выходу генератора эталонного Источники информации,

времени, при этом выход двоичного ум-принятые во внимание при экспертизе ножятеля соединен «со входом делится

частоты и с S-входом RS-триггера, . 1. патент ВеЛ 1кобритании

R-вход которого подключен к вшоду 1396 688, кл. G 1 N, опублик. 1975 делителя частоты и к установочному 2. Авторское свидетельство СССР

.входу счетчика, а выход - к третьим 5 2600469/18-10, кл., G 01 р 15/08,

входам двух схем И.1978 (прототип).