Устройство для измерения скорости вращения Советский патент 1982 года по МПК G01P3/54 G01P3/489 

Изобретение относится к технике измерения и контроля параметров вращенйя и может быть использовано для измерения скорости вращения различного рода валов и механизмов. Известно устройство для измерения скорости вращения, которое состоит из импульсного датчика скорости, счетчика числа периодов, ключа, триггера и генератора эталонной частоты t1. Счетчик импульсов эталонной частоты вырабатывает сигнал, снимаемый с выхода одного из разрядов счетчика импульсов эталонной частоты. Счет време ни заканчивается при появлении первого после сигнала импульса с датчика скорости. Фактически определяется пол ное время, укладывающееся в целое чис ло импульсов с датчика скорости. При этом для определения скорости необходимо делить, целое число оборотов N2 на переменную величину N , записанную в счетчик импульсов эталонной частоты однако узел, производящий это вычисле ние, в устройстве отсутствует вследствие чего оно не позволяет автоматически определять угловую скорость. Кроме того, устройство не обеспечивает заданную точности, так как за время появления NQ, импульса определяется неполный интервал времени в связи с тем, что вычисление в счетчике импульсов эталонной частоты начинается от заднего фронта импульса с датчика и прекращается передним фронтом с датчика. Следовательно, ошибка зависит от скважности импульсов с датчика. При снижении скорости вращения длительность периода с датчика растет, что приводит к переполнению счетчика импульсов эталонной частоты и тем самым к искажению результатов измерения. Указанные выше недостатки в целом снижают точность измерения. Также известно устройство для измерения скорости, вращения, содержащее кварцевый генератор. Датчик оборотов, управляемый делитель частоты, выход 3-31 которого соединен с установочными входами первого и второго триггеров, четыре элемента И, счетчик, счетный вход которого подключен к выходу четверто го элемента И, а выход -к ичформационному входу регистра fjZJ , , В этом устройстве скорость вращени определяется по количеству импульсов, поступающих с датчика импульсов за оп ределенный эталонный интервал времени причем начало очередного измерения, т. е. начало очередного эталонного ин тервала времени синхронизируется с импульсами, поступающими с датчика импульсов. Устройство обеспечивает прохождение и счет входных импульсов без пропусков, так как в счетчик импульсов записываются импульсы, сдвинутые на половину периода относительно начала отсчета, для чего необходимо, чтобы импульсный датчик имел равные по ширине зубья и впадины на диске модулятора. По окончании каждого цикла изме рения с четырех выходов блока команд поступают поочередно команды в различ ные узлы устройства. Таких сдвинутых во времени команд четыре,, Время, занимаемое выдачей команд, равно не. менее четырем периодам кварцевого генератора. Скорость вращения можно измерить с точностью +0,5 единицы младшего разряда счетчика. Такая точность достигается за счет синхронизации начала отсчета эталонного времени с очередным импульсом от датчика и за счет сдвига относительно этого сигнала импульса, поступающего в сметчик 2. Однако это устройство характеризуется недостаточной точностью при нару шении непрерывности измерения, например, в случае, когда появление очеред ного импульса с датчика совпадает с циклом работы блока команд, вследствие чего импульс не проходит через совпадения, не переворачивает триггер и не запускает .новый цикл измерения. При этом не сосчитан следующий сдвинутый импульс, т, е. имеет ме сто пропуск одного импульса. Случай сбоя происходит также при остановке вала, связанного с датчиком, или при переключении устройства на другой дат чик, который в данный момент не вращается. В устройстве новый цикл измерения запускается очередным импульсом с датчика и при неподвижном датчике на управляемый делитель частоты и счетчик 4 не поступают соответствующие импульсы и при этом в регистре остается результат измерения, записанный в предыдущем цикле. Если же в новом цикле измерения прекратится поступление импульсов с датчика-импульсов и импульс в делитель частоты не поступает, то на его выходе импульсы отсутствуют. В этом случае блок команд не срабатывает и нулевой результат из счетчика не переписывается в регистр, в котором сохраняется результат измерения предыдущего цикла. Эта ошибка в показаниях может быть значительной. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два триггера, два элемента И, узел сдвига фазы входного сигнала и распределитель, причем выход кварцевого генератора соединен со входом распределителя, первый выход которого подключен к счет.ному входу управляемого делителя частоты и ко входу синхронизации третьего триггера, второй выход - ко вторым входам второго, шестого элементов И и узла сдвига фазы входного сигнала, третий выход - ко второму входу первого элемента И и к третьему входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый выход - к сбрасывающему входу первого триггера и к первому входу пятого элемента И, пятый выход - ко входу синхронизации четвертого три|- гера, а шестой выход - к первому входу узла сдвига фазы входного сигнала,четвертый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, со вторым входом пятого элемента И и с третьим входом шестого элемента И, а выход со вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого пбдключен к инверсному выходу еторого триггера. сбрасывающий вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а прямой выход - с первым входом шестого элемента И, выход .которого подключен к установочному входу управляемого делителя частоты, выход датчика оборотов соединен с информационным входом третьего триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и к информационному входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно со сбрасывающим входом счетчика и со вторым входом регистра.

На фиг. 1 представлена схема устро-5 йства; на фиг. 2 - пример конкретного выполнения узла сдвига входных импульсов.

Устройство для измерения скорости вращения содержит кварцевый генератор Ю 1, распределитель 2, управляемый делитель 3 частоты, триггеры .1-., элементы И 5.1-5.6, датчик 6 оборотов, узел 7 сдвига фазы входных импульсов, счетчик 8 и регистр 9.1$

Выход кварцевого генератора 1, связан с входом распределителя 2, первый выход которого подключен к входу синхронизации триггера М.З и к счетному входу управляемого делителя 3 частоты ,2о второй выход распределителя 2 - к вторым входам элементов И 5.2 и 5.6, третий выход распределителя 3 - к второму входу элемента И 5.1, четвертый вы.ход - к сбрасывающему входу триггера 2S i., и к первому входу элемента И 5.5 пятый выход распределителя 2 - к выходу .синхронизации триггера k.k, шестой выход - к одному из входов узла 7 сдвига фазы входных импульсов, другои. вход которого соединен с выходом элемента И 5.3, с вторым входом элемента И 5.5 и с третьим входом элемен та И 5.6, первый и второй стробирующие входы подключены соответственно к второму и третьему входам распределителя 2, установочные входы триггеров Ц. и Ц.2 соединены между собой и подключены к выходу управляемого делителя 3 частоты, выход триггера . соединен с первыми входами элементов И 5.1 и 5.2, прямой выход триггера k.2 подключен к первому входуэлемента И 5.6, а инверсный выход - к первому входу элемента И 5. второй вход которого подключен к выходу узла 7 сдвига фазы, выход датчика 6 соединен с информационным входом триггера .3, выход последнего подключен к информационному входу триггера ЦЛ и к первому входу элемента И 5.3, второй Bxo которого соединен с инверсным выходом триггера k.k, выходы элементов И 5.1 и И Б. подключены к сбрасывающему и счетному входам счетчика 8 соответственно, выход которого подключен к пер вому входу (информационному) регистра 9. второй (записывающий)вход которого соединен с выходом элемента И

97427 6

5.2, выход регистра 9 является выходом устройства.

Распределитель 2 может быть выполнен в нескольких вариантах, в частности в виде цепочки одновибраторов, где каждый последующий одновибратор запускается при возврате предыдущего одновибратора в исходное состояние. Первый о новибратор запускается импульсом от кварцевого генератора, причем каждый раз на выходах узла 2. появляется сдвинутый во времени пакет импульсов, вначале на первом выходе, а затем по порядку на следующих выходах. Цикл работы распределителя 2 может быть выбран меньше, чем период кварцевого генератора 1.

Распределитель 2 предназначен для тактирования отдельных сигналов в разных цепях устройства и для предотвращения сбоев за одновременного появления импульсов на разных входах узлов устройства.

Управляемый делитель частоты 3 может быть выполнен, например, в виде двоичного счетчика с устанавливаемым коэффициентом пересчета, считающего импульсы от генератора 1 (через распределитель 2), Делитель частоты 3 служит для получения заданного этаЛОННОГО интервала времени, в течение которого пoдcчиtывaютcя импульсы с датчика 6. При подсчете установленного числа импульсов на выходе счетчика появляется сигнал переполнения и счетчик устанавливается в исходное состояние. Коэффициент пересчета .выбирается в соответствии с требуемым значе|Нием эталонного отрезка времени и с частотой кварцевого генератора 1, и записывается в виде числа в дополнительном коде в счетчик при установке его в исходное состояние. Установочный вход служит для возврата счетчика в исходное состояние при появлении импульса на этом входе. Триггеры 4.1 и k.2 могут быть выполнены, например, в виде I К- или RSтриггеров и служат для запоминания сигнала переполнения с управляемого делителя частоты 3 и устанавливаются в 1 в момент появления этого сигнала. Триггер t.l сбрасывается в О третьим стробирующим импульсом от распределителя 2, а триггер 4.2 при появлении сигнала на выходе элемента 5.5. Триггеры .3 и Ц.Ц сложат для стробирования импульсов, поступающих с датчика импульсов 6, и для формирова797Л2ния одиночного сигнала на выход элемента И 5.3 при появлении сигнала с датчика импульсов 6 после очередного переполнения делителя частоты 3. В данном примере триггеры .3 и - D-триггеры, но можно использовать I К- и flS-TpMrrepbf. Элементы И 5..6 являются обычными потенциальными схемами, которые при одновременном наличии сигналов ,на их 10 входах выдают на своих выходах сигналы. Элементы И 5.1-5-2 служат в качестве ключей, пропускающих стробимпульсы перезаписи в регистр 9 и сброса счет-15 чика импульсов 8 в конце такта измерения, Элемент И 5.3 служит для формирования стробирующих импульсов фиксированной длительности при каждом появлении 20 сигнала с датчика оборотос5 6. Элемент. И 5. блокирует прохождение импульсов на счетчик 8 после окончания цикла измерения, Элемент,И 5.5 служит для стробиро-,25 вания импульса сброса триггера .2 в этом цикле, Элемент И 5-6 служит для стробироввания сигнала с элемента 5.3 установки управляемого делителя 3 в исходноезо состояние. Датчик импульсов 6 предетавляет собой узел, который вырабатывает при вращении контролируемого объекта импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращения вала объекта. Особых, требований к скважности импульсов с датчика б (в отличие от прототипа) не предъявляется, а обеспече-; ние требуемой длительности импульса Q необходимо только для того, 4тобы успел сформироваться импульс на выходе датчика 6. Если на выходе датчика 6 формируются, например, сигналы синусоидальной формы, то необходимо в ройство включить формирователь импульсов, входящий в состав самого датчика. Узел сдвига фазы входных импульсов 7 предназначен для формирования серии .импульсов, сдвинутых на полпериода относительно импульсов, поступающих с датчика оборотов 6. Пример,конкретного выполнения узла сдвига 7 приведен на фиг, 2, Узел сдвига фазы входных импульсов 7 (фиг. 2) содержит триггеры 10,1 и 10.2, счетчики 11,1 и 11.2, элементы И 12.1-12.3- 8 Триггер 10,1 является пёресчетным и делит в два раза частоту, поступающую на вход счетчика 11.1. Счетчики 11.Г и 11.2 имеют одинаковое число разрядов. . Триггер 10.2 в данном конкретном случае является I К-триггером. Его устанавливающий вход связан с выходом счетчика 11.2.При переполнении этого счетчика появляется сигнал, который своим задним фронтом переводит триггер 10.2 в единичное состояние. К выходу элемента 12,1 подключен установочный вход счетчика 11.2,.к выходу элемента 12.2 подключены сбрасывающиевходы элементов 10.1, 10.2 и 11.1. Выход элемента 12..3 является выходом узла 7. Установочные входы счетчика 11.2 поразрядно соединены с инверсными выходами счетчика 11.1. Счетные входы тоиггера 10,1 и счетчика 11.2 соединяются между собой и являются одним из входов узла 1, подключенный к шестому выходу распределителя 2 устройства. Соединенные собой первые входы элементов И 12,1 И 12.2 являются другим входом узла 7 и соединены с выходом элемента И 5.3Вторые входы элементов И 12.1 и 12.2 являются стробирующими входами и соединены соответственно, к второму и третьему выходам распределителя 2, При использовании,, например, аналогового варианта эти цепи могут отсутствовать. Узел сдвига фаз 7 в данном варианте по результатам измерения длительности предыдущего периода вырабатывает в текущем периоде сигнал через интервал времени, равный половине дли тельности предыдущего периода. Это осуществляется следующим образом. Счетчик И 11.1 (через триггер 10.1) и 11.2 непрерывно считают импульсы. поступающие с шестого выхода распре делителя 2, При очередном поступлении импульса с датчика оборотов 6 на выходе элемента 5.3 является сигнал, который поступает на первые входы элементов 12.1 и 12,2 и разрешает прохождение стробов с второго и третьего выходов распределителя 2 соответственно на устанавливающий вход счетчика 11.2 и на сбрасывающие входы триггеров 10.1 и 10,2 и счетчика 11,1, При этом информация, содержащаяся в счетчике 11,1, записывается в дополнительном коде в счетчик 11.2-, после чего триггера 10.1 и 10.2 и счетчик П,1 устанавливаются в исходное состояние. Счетчик 11.1 на чинает считать длительность текущего периода, а в счетчике 11.2 начинает с удвоенной скоростью считывать записанное в нем число. Так как счетчик 11.2 считает с удвоенной частотой, то записанное число сосчитано в два раза быстрее, чем оно было записано, т. е. через полпериода, при этом на выходе счетчика 11.2 появится сигнал перепол нения, который поступает на выход узла 7 и сосчитан сметчиком 8 в середине текущего полупериода. 8 момент окончания сигнала триггер 10.2 перевернется в единичное состоя ние и закроет элемент И .12.3 до появления следующего импульса с датчика оборотов 6. Триггер 10.2 и элемент И 12.3 служат для заиц1ты. при необходимости от повторного переполнения по каким-либо причинам счетчика 11.2 в пределах одного -периода. Таким образом, на выходе узла 7 появляется последовательность импульсов, сдвинутся на 180 относительно сигналов, поступающих с датчика оборотов 6, независимо от скважности эти сигналов. Устройство измерения скорости вращения работает следующим образом. Кварцевый генератор 1, независимо от наличия или отсутствия импульсов на выходе датчика 6, вызывает циклическую работу распределителя 2, При каждом срабатывании распределителя 2 импульсы с его первого выхода сосчитываются узлом 3. На выходе уз|ла 3 синхронно с первым тактом распределителя 2, периодически появляется сигнал, который переводит триггера t.l и t.2 в единичное состояние. При этом триггер k.} открывает элементы И 5-1 и 5-2, а триггер ,2 выдает разрешающий сигнал на элемент И 5.6 и закрывает элемент И 5... При этом второй строб распределителя 2 проходит на синхронизирующий вход регистра 9 вызывая перезапись в него информации с выхода счетчика 8. Вслед за этим третьим стробом с распределителя 2 счетчик 8 сбрасывается в исходное состояние. Триггер . сбрасывается в нулевое состояние четвертым стробом с распределителя 2. Таким образом, независимо от наличия сигналов с датчика оборотов 6, пе риодически сигналом с выхода узла 3 осуществляется перезапись информации в регистр 9 из счетчика 8 и сброс последнего. При каждом появлении очередного импульса на выходе датчика 4 на выходе элемёнта И 5-3 вырабатывается сигнал начало которого совладеет с началом .первого строба распределителя 2, а ко,нец г с началом пятого строба с распределителя 2, причем сигнал этот по(Является только в такте распределителя , следующим первым после появления очередного импульса на выходе датчика 6. Осуществляется это следующим образом. Триггер k.3 переписывает состояние рыхода датчика 6 каждый раз, когда на триггер .3 поступает импульс (первый строб) на его синхронизирующий вход. Состояние триггера t.3 переписывается в триггер k.k с задержкой, так как на его синхронизирующий вход поступает импульс с пятого выхода распределителя 2. Предположим, что в исходном состоянии на выходе датчика 6 сигнал отсутствует. Тогда в триггерах А. 3 и ,k будут записаны нули и на выходе элемента И 5.3 сигнал будет отсутствовать Если на выходе датчика 6 появится сигнал, то при появлении очередного строба на первым выходе распределителя 2 триггер .3 перейдет в единичное состояние. При этом на выходе элемента И 5-3 появится сигнал, так как элемент И 5.3 срабатывает, когда в триггере .3 записана 1, а в триггере k.k - О. При появлении пятого строба в триггер также записывается 1 и сигнал на выходе элемента И5.3 исчезает и не появляется при следую- у щих циклах работы распределителя 2, несмотря на то, что сигнал на выходе датчика 6 будет сохраняться, так как в триггерах . 3, t.А будут записаны 1, При исчезновении сигнала на выходе датчика триггера А.З и k.k в той же последовательности вернутся в исходное состояние, но при этом на выходе элемента 5.3 сигнала не будет. Сигнал появится вновь только в момент появления очередного импульса на выходе датчика 6. При появлении сигнала на выходе элемента И 5-3 узел 7 устанавливается в исходное состояние и при установленном в единичное состояние триггере .2, разрешается прохождение. второго строба с распределителя 2 через элемент И 5-6 на установочный вход узла 3 и прохождение четвертого строба с распределителя 2 через элемент И 5-5 на сбрасывающий вход тригге ра k.2. Таким образом, осуществляется синхронизация начала очередного цикла измерения с очередным, в данном цикле измерение первым импульсом с датчика 6 При сброшенном триггере .2 сигнал с выхода элемента И 5-3 поступает толь на .вход узла 7, управляя его работой, .е узла 7 через элемент И 5- импульсы начинают поступать на вход счетчика 8, в котором сосчитываются, и при очередном срабатывании узла 3 показания счетчика 8 записываются в регистр 9. С выхода последнего снимается информация об очередном цикле измерения. Введение узла сдвига фазы в устрой стве позволяет исключить влияние скважности на точность измерения, а также обеспечить необходимый сдвиг фазы на IBO. Исключены сбои и не нарушается непрерывность измерения в случае, когда импульс с датчика совпадает с циклом работы управляеТ ого делителя, так как с помощью вновь зведенногЪ pacnpe делителя разделены во времени сигналы окончания очередного цикла и сигналы начала нового цикла. За счет того, что считывание в регистр и сброс счет чика сделаны независимыми от наличия или отсутствия сигналов на выходе дат чика, исключены сбои при остановке датчика. Формула изобретения Устройство для измерения скорости вращения, содержащее кварцевый генератор, датчик оборотов, управляемый делитель частоты, выход которого соединен с установочными входами первого и второго триггеров, четыре элемен та И,-счетчик, счетный вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход - к информационному входу регистра, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два триггера, два элемента И, узел сдвига фазы входного сигнала и распределитель, причем выход кварцевого генератора соединен со входом распределителя, первый выход которого подключен к счетному входу управляемого делителя частоты и ко входу синхронизации третьего триггера, второй выход - ко вторым входам второго, шестого элементов И и узла сдвига фазы входного сигнала, третий выход - ко второму входу первого элемента И и к третьему входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый выход - к сбрасывающему входу первого триггера и к первому входу пятого элемента и, пятый выход - ко входу синхронизации четвертого триггера, а шестой выход - к первому входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, со вторым входом пятого элемента И и с треTb(5fM входом шестого элемента И, а выход - со вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, сбрасывающий вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а прямой выход - с первым входом шестоГО элемента И, выход которого подключен к установочному входу управляемого делителя частоты, выход датчика оборотов соединен с информационным входом третьего триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и к информационному входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, выход которых соединен соответственно со сбрасывающим входом счетчика и со вторым входом регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 670890, кл. G 01 Р 3/t8,.1978. 2.Авторское свидетельство СССР W 645085, кл. G 01 Р З/З, 1977 (прототип) .