Способ определения частоты и направления вращения вала Советский патент 1982 года по МПК G01P3/481 

1

Изобретение относится к способам определения фазовых сдвигов и производных от них и может быть использовано при построении автоматических и вычислительных устройств

Известен сгтособ определения величины и направления скорости вращения вала, состоящий в формировании сиг нала стабильной частоты, которым модулируют выходное напряжение и питающее напряжение фазовращателя, выделяют напряжение разности частот, сравнивают между собой их периоды и по разности и знаку определяют вели;чину и направление скорости вращения вала 1 .

Недостаток способа - его сложная аппаратурная реализация, обусловленная необходимостью применения модуляторов выходного и питающего напряжения фазовращателя и низкая точность при измерении малых скоростей вращения, обусловленная малой величиной разности периодов, выделенных из модулированных напряжений.

Известен способ определения величины и направления скорости вращ,ения вала, основанный на сравнении периодов питающего напряжения и выходного напряжения фазовращателя 2.

Недостаток способа заключается в том, что при малых скоростях из-за нестабильности фронтов импульсов

to сравниваемых напряжений значительно снижается разрешающая способность и точность измерений, а также трудно определить направление вращения вала. Таким образом, известный способ

15 имеет узкий динамический диапазон измерений, представляющий собой отношение Максимальной скорости вращения вала к минимальной, измеряемых с заданной точностью.

Я

Цель изобретения - расширение диапазона измерений и увеличение точности измерений в области малых скоростей. Поставленная цель достигается тем что формируют три последовательности коротких импульсоэ, период первой из которых равен периоду питающего напряжения, период второй последовательности больше периода первой последовательности, причем их разность меньше периода первой последовательности, а период третьей последовател ности равен периоду выходного напряжения фазовращателя, затем определяют интервал времени,между моментами совпадения фаз импульсов первой и второй последовательностей и интервал времеИи между моментами.совпадения фаз импульсов второй и третьей последовательностей, по величине которого определяют скорость вращения, а направление вращения определяют по знаку разности измеренных временных интервалов. На фиг. 1 представлены временные диаграммы последовательности коротких импульсов; на фиг. 2 - схема уст ройства, реализующего способ определения величины и направления скорости вращения вала. Способ определения величины и направления скорости вращения вала pea пизуется следующим образом. Из напряжения,питающего фазовращатель, формируют две последовательности коротких импульсов (фиг.1 а, 16). Первая из указанных последовательностей (фиг.16) имеет период, равный периоду питающего фазовращатель напряжения. Вторую последовательность получают из первой путем увеличения периода следования импульсов на величину AT, равную части периода второй последовательности (фиг.1 а) . Определяют интервал времени между моментами совпадения фаз импульсов второй и первой последовательностей. При этом совпадение фаз импульсов происходит через интервал времени ti, определяемый из соотношений:

(1)

t, П (Т - AT); t, (Т -AT), (2)

П - число импульсов первой по- следовательности, прошедших от совпадения до следующего совпадения фаз второй и первой последовательностей;

Из неравенства (6) следует,что диапазон измерения скорости определяется периодами Т и AT. Как следует из соотношений () и (5), скорость изменения фазы напряжения с фазовращателя однозначно определяет длительность интервала времени t и tj, которые-могут быть выбраны Т - период второй последовательности;AT - разность периодов второй и первой последовательностей. Необходимо отметить, что совпадение импульсов второй и первой последовательностей наступает при условии, что в периоде Т второй последовательности укладывается целое число п разностей AT длительностей периодов второй и первой последовательностей. Напряжение, снимаемое с фазовращателя, формируется в виде коротких импульсов, смещающихся относительно второй последовательности со скоростью cJ влево. Таким образом, формит руется третья последовательность (фиг.1 в), фаза импульсов которой совпадает с фазой импульсов второй последовательности через интервал времени t , определяемый из соотношений:Т пЛТ + oita; (3) t n(T - AT) (4) При вращении вправо интервал времени между моментами совпадения, фаз второй и третьей сформированных последовательностей определяется соотношениемТ - лт где t, - интервал времени между двумя ближайшими моментами совпадения фаз второй и третьей Ьформированных последовательностей при движении вправо. Из соотношения (5) следует, что оно имеет физический смысл при выполнении неравенства вида 5 необходимыми для обеспечения требуе мой точности измерения при минималь ной скорости изменения фазы напряжения с фазовращателя, Для определения направления вращения сравниваем интервалы времени между моментами совпадения фаз второй и первой последовательностей и второй и третьей последовательностей, при выполнении условия tj t движение влево, а при условии t движение вправо, где t2 и t - интервалы времени между моментами сов падения фаз импульсов второй и трет ей последовательностей . Очевидно, что угол поворота вала Ч и фазовый сдвиг oL импульсов напряжения с фазовращателя связаны соотношением -К. (Т) где К - коэффициент преобразования угла поворота вала фазовращателя в фазовый сдвиг импульсов напряжения с фазовращателя. Следовательно, скорость изменени фазового сдвига импульсов напряжени с фазовращателя связана со скорость вращения вала фазовращателя соотношениемс - ЯР К (S) Учитывая (8), интервал времени между моментами совпадения фаз ийпульсов второй и третьей последовательностей записывается в виде AT Т - ДТ Из (9) следует, что указанный ин тервал времени- tjjj однозначно опре деляет скорость вращения вала фазовращателя. Устройство, реализующее способ, содержит: блок 1 питания фазовращателя, фазовращатель 2, формирователи коротких импульсов , делитель 6 частоты, схемы 7 и 8 сов;падения, триггер 9, умножитель 10 частоты, вентиль 11, счетчик 12, делители 13 и It частоты на два, вентили 15 и 16, реверсивный счетчик 17Выход блока питания 1 подключен на входы фазовращателя 2 и формиров телей 3 и А, а выход фазовращателя через формирователь 5 подключен на один вход схемы 7 совпадени второй вход которой соединен со 6 вторым входом схемы 8 совпадения и с выходом делителя 6 частоты, вход которого подключен к выходу формирователя 3, а первый вход схемы 8 совпадения подключен к выходу формирователя k, выходы схем 7 и 8 совпадения подключены на входы триггера 9, выход которого подключен на управляемый вход вентиля 1 1 , выход которог-о подключен на счетчик 12, а управляющий вход вентиля 11 подключен к управляющим входам вентилей 15 и 16 и к выходу умножителя 10 частоты, вход которого подключен к блоку питания фазовращателя , выходы схемы 7 и 8 совпадения через делители 13 и k частоты на два подключены на управляющие входы вентилей 15 и 1б, выходы которых подключены соответственно на отрицательный и положительный входы реверсивного счетчика (PC) 17. Устройство работает следующим образом. Из напряжения блока 1, питающего фазовращатель 2, с помощью формирователей 3 и образуют две последовательности бесконечно коротких импульсов , периоды следования которых различаются на ДТ, одновременно с помощью формирователя 5 формируется последовательность коротких импульсов , фаза,которых изменяется со скоростью -. В момент совпадения импульсов второй, поступающей с формирователя 4, последовательностей схема 8 совпадения вырабатывает импульс,опрокидывающий триггер 9, который открывает вентиль 11, пропускающий от умножителя 10 высокочастотные импульсы на счетчик 12, при совпадении импульсов второй и третьей последовательностей схема 7 совпадения вырабатывает импульс, устанавливающий триггер 9 в начальное состояние, при этом триггер закрывает ключ 11 и в счетчике 12 записывается код, равный интервалу времени t2J однозначно определяющий скорость вращения. Затем цикл повторяется. Определение скорости вращения осуществляется следующим образом: импульсы со схемы 7 и 8 совпадения, делятся на два делителями 13 и I, на эти промежутки времени между импульсами с выходов делителей открываются ключи 15 и li6, подавая

на + и - входы PC 17 импульсы с умножителя 10, знак разности на выходе реверсивного счетчика 1 соответствует направлению скорости + влево, - вправо.

Формула изобретения

Способ определения частоты и нафавления вращения вала, основанный на сравнении периодов питающего напряжения и выходного напряжения фазовращателя, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и увеличения точности измерений в области малых скоростей, формируют три последовательности коротких импульсов, период первой из которых равен периоду питающего напряжения,период второй последовательности больше периода первой последовательности,при

2457б8

чем их разность меньше периода первой последовательности, а период третьей последовательности равен периоду выходного напряжения фазовращателя, 5 затем определяют интервал времени между моментами совпадения фаз импульсов первой и второй последовательностей и интервал времени между моментами совпадения фаз импульсов 10 второй и третьей последовательностей, по величине которого определяют скорость вращения, а направление вращения определяют по знаку разности измеренных временных интервалов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 20 № 525025, кл. G 01.Р , 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 08 С 9/03, 1970 (прототип).