Цифровой измеритель линейных перегрузок

 

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕГРУЗОК, содержащий генератор эталонной частоты и импульсный датчик скорости, выходы которых соединены с входами устройства управления , имеющего вход сигнала начала и конца интегрирования, два счетчика , первые входы которых соединеры с выходами устройства управления , и блок уставки радиуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия и расширения функциональных возможностей , он снабжен блоками измерения угловой скорости и ускорения. Bxoj&d которых соединены с выходами устройстйа управления, третьим счет ,чиком, первый вход которого соединен с выходом устройства управления двумя делителями частоты, входы которых соединены между собой и с вы ходом устройства управления, a выходы - с третьими входами первого и третьего счетчиков, и пятью преобразователями Код-частота, один вход первого из которых соединен с выходом устройства управления и с одним входом третьего преобразователя , a выход через второй и пятый преобразователи - с вторыми входами соответственно первого и третьего счетчиков, выход третьего преобразователя через четверней преобразо (Л ватель соединен с вторкм входом второго счетчика, при stoM другие с входы преобразователей соединены соответственно; первого - с выходом блока уставки радиуса, второго - с вы-, ходом блока измерения угловой скорости , третьего - с выходом первого счетчика, четвертого - с кодом со ответствующего числа и пятого - с выходом блока измерения углового ускорения.

,Su„„1007019 А

ИМОЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

3ДР G 01 Р 15 08

1 .к„,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ : : . :,,;/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3356616/18-10 (22) 24 ° 11.81 (46) 23.03.83, Бюл. Р 11 (72) 10.Н.Мастюкин (71): Лвнинградскйй ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (53) 531.768 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 562776, кл. G 01 Р 15/08, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

М 694544, кл. G 01 Р 15/08, 1979 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕГРУЗОК, содержащий генератор эталонной частоты и импульсный датчик скорости, выходы которых соединены с входами устройства управления, имеющего вход сигнала начала и конца интегрирования, два счетчика, первые входы которых соединены с выходами устройства управления, и блок уставки радиуса, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия и расширения функциональных возможностей, он снабжен блоками измерения угловой скорости и ускорения, входы которых соединены с выходами устройства управления, третьим счет-. ,чиком, первый вход которого соединен с выходом устройства управления двумя делителями частоты, .входы которых соединены между собой, и с выходом устройства управления, а выходы - с третьими входами первого и третьего счетчиков, и пятью преобразователями "Код«частота", однн вход первого иэ которых соединен с . выходом устройства управления и с одним входом третьего преобразователя, а выход через второй н пятый преобразователи — о вторыми входами соответственно первого и третьего. счетчиков, выход третьего преобра- щ зователя через четвертый преобразователь соединен c âòîðûì входом второго счетчика, нри этом другие входы преобразователей соединены соответственно первого — с выходом блока уставки радиуса, второго - с вы-. Я ходом блока измерения угловой скорости, третьего - с выходом первого счетчика, четвертого — с кодом со ответствующего числа и пятого - с выходом блока измерения углового ускорения.

1007019

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров движения и использования в системах автоматического регулирования.

Известны цифровые измерители линейных перегрузок, работа которых происходит за два интервала времени, в течение первого из которых формируется число, пропорциональное угловой скорости, а в течение. второго это число преобразуется в интервал времени, заполняемый выходной частотой импульсного датчика скорости.

Получается число, пропорциональное квадрату угловой скорости, и,.сост- 15 ветственно, линейному ускорению, создаваемому центробежной установкой.

С целью обеспечения соответствия цифрового отсчета величине линейного ускорения при различных расстояниях центра тяжести испытываемого объекта от оси вращения в измеритель введен блок уставки радиуса (1 ).

Недостатками этих измерителей являются пониженные точность и быст- 25 родействие, суженные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель, который содержит генераторыз эталонной и тактовой частот., импульсный датчик скорости, выходы которых соединены с входами устройства управления, имеющего вход сигнала начала и конца интегрирования и три счетчика, выходы которых соединены с выходами устройства управления, а выход одного из них через блок уставки радиуса и другого непосредственно — с входами устройства управления. За счет введения в устройство 40 генератора тактовой частоты и счетчика, в измерителе имеется цифровой отсчет, пропорциональный интегралу линейного ускорения (2 ).

Недостатками известного измерите- 4 ля являются пон меженные точность и быстродействие. Это объясняется тем, что измерение линейного ускорения и интеграла линейного ускорения в нем ведется аналогично измерению угловой скорости "по частоте" — заполнение заданного интервала времени импульсами выходной частоты датчика скорости. Достоинством такого измерения является пропорциональность выходной величины измеряемому параметру.

Противоположным является измерение угловой скорости "по периоду" заполнение периода выходной частоты датчика скорости импульсами эталон- .

60 ной частоты, достоинством которого являются повышенные точность и быстродействие, а недостатком обратная пропорциональность выходной величины измеряемому параметру. 65

Действительно, в известном измерителе как в первом, так и во втОром интервалах времени соответствующие числа формируются заполнением счетчиков выходными импульсами датчика скорости. Кроме того, необходимость двух интервалов времени для формирования чисел линейного ускорения и его интеграла также понижает точность и быстродействие из— вестного измерителя. Формирование числа интеграла линейного ускорения в известном измерителе ведется последовательным суммированием за каждый такт чисел линейного ускорения.

Погрешность дискретности полученного результата и в этом случае будет определяться на "единичной" младшего разряда, а в пределе — числом линейного ускорения, что дополнительно понижает точность измерения интеграла линейного ускорения.

Одним из важнейших параметров, характеризующих работу центробежных установок, является градиент линейного ускорения. Этот параметр известным устройством не измеряется, что сужает его функциональные возможности

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия и расширение функциональных возможностей измерителя. . Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель линейных перегрузок, содержащий генератор эталонной частоты и импульсный датчик скорости, выходы которых соединены с входами устройства управления, имеющего вход сигнала начала и конца интегрирования, два счетчика, первые входы которых соединены с выходами устройства управления, и блок уставки радиуса, снабжен блоками измерения угловой скорости и ускорения, входы которых соединены с выходами устройства управления, третьим счетчиком, первый вход которого соединен с выходом устройства управления, двумя делителями частоты, входы которых соединены между собой и с выходом устройства управления, а выходы — с третьими входами первого и третьего счетчиков, и пятью преобразователями "Код †часто",один вход первого из которых соединен с выходом устройства управления и с одним входом третьего преобразователя, а выход через второй и пятый преобразователи - с вторыми входами соответственно первого и третьего счетчиков, выход третьего преобразователя через четвертый преобразователь соединен с вторым входом второго счетчика, при этом другие входы преобразователей соединены соответственно: первого с выходом блока уставки радиуса, 1007019 второго — с выходом блока измерения угловой скорости, третьего — с выходом первого счетчика, четвертого — с кодом соответствующего числа и пятого — с выходом блока измерения углового ускорения. 5

На чертеже показана блок-схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит устройство 1. управления, генератор 2 эталонной частоты, импульсный датчик 3 скорости, 1 0 вход 4 сигнала начала и конца интегрирования, блок 5 уставки радиуса, блок 6 измерения угловой скорости, блок 7 измерения углового ускорения, преобразователи 8-12 "Код- 15 частота", делители 13 и 14 частоты счетчики 15-17 и вход 18 кода соот1 ветствующего числа. Выходы счетчиков 15-17 являются выходами измерителя ° 20

Входы устройства 1 управления, имеющего вход 4 начала и конца интегрирования, соединены с выходами генератора 2 эталонной частоты и импульсного датчика 3 скорости, а выходы — с входами блоков б и 7 измерения угловой скорости и ускорения и с первыми входами счетчиков 15 — 17, входы преобразователей 8 и 10 "Код — частота" соединены .между собой и с выходом устройства 1 управления, а выход преобразователя 8 через преобразователи 9 и 12 соединен с вторыми входами счетчиков 15 .и 17, третьи входы которых через делители 13 и 14 частоты соединены между собой и с выходом устройства 1 управления, выход преобразователя 10 через преобразователь 11 соединен с вторым входом счетчика 16, при этом информацион- 40 ные входы преобразователей 8-12 соединены соответственно с выходами блока 5 уставки радиуса, блока 6 измерения угловой скорости, счетчика- 15, кода соответствующего числа и блока 45

7 измерения углового ускорения.

Измеритель работает следующим образом.

На выходе блоков 6 и 7 с высокими точностью и быстродействием формируются числа угловой скорости и ускорения. Путем заполнения импульса- ми эталонной частоты f с выходами генератора 2 интервала времени Т пТ, кратного периоду T(n — коэффициент кратности).следования импульсов с выхода датчика 3 скорости, в блоке б измеряется число периода йт= — fp Т = f

Подавая это число на информационный вход преобразователя "Код — ана- 60 .лог", а на другой его вход частоту

fo, получим на его выходе частоту

N /.N (где N — емкость счетчика прербразователя, период которой после деления ее л 65

T> = f Nn/ Fo пропорционален частоте

Я

f=3/T с выхода датчика 3 скорости и, следовательно, угловой скорости ог. Поделив частоту Г = 1/Тг на число К и заполняя полученный новый период КТг импульсами частоты получим на выходе блока 6 (учитывая что f Zû/2 7,где Z — число зубцов датчика скорости) число, пропорциональное угловой скорости, и

=

Коэффициент К повышает точность преобразования, а его варьированием наиболее просто можно получить десятичный коэффициент кратности между

ы и Nto.

Путем взятия разности результатов измерения числа йщ за два соседних интервала времени Т с помощью реверсивного счетчика в блоке 7 формируетК2ип,т ся число Я - — 1 пропорциональное угловому ускорению.

В блоке 5 уставки радиуса содержится число NR = RKR, пройорциональное радиусу R(КR - коэффициент пропорциональности ). Это число поступает на информационный вход преобразователя 8 "Код — частота",-на другой вход которого подается через устройство 1 управления эталонная частота fo с выхода генератора 2.

Выходная частота преобразователя 8

18 fpNR/й (где й8 - емкость счетчика преобразователя 8, выбираемая равной максимальному числу NR R KR). поступает на вход преобразователя 9, на информационный вход которого подается число и „.с выхода блока 6. Импульсы выходной частоты преобразователя 9 fg = fp NRN /N8N 9 (где й9 емкость счетчика преобразователя 9, полагаем Ng= Nn,) поступают на вход счетчика 15 и заполняют его в течение интервала времени К1Тг. Это время определяется частотой .Гг, формируемой в блоке б (см.выше) и поступающей с выхода устройства 1 управления через делитель 13 частоты (с коэффициентом деления К. ) на другой вход счетчика 15. Таким образом, на выходе счетчика 15 формируется число г

Й = w R проп орциой (гЖ ) нальное линейному ускорению И=мРВ, развиваемому центробежной установкой на расетоянии R от оси вращения.

Разделив и умножив значение N на ускорение силы тяжести g „ получим х о относительных единицах значение линейного ускорения. г, и р (2>if )2 щ В О

%0 К„К К Z q

1007019

Коэффициент К повышает точность преобразования, а его варьированием наиболее просто можно получить десятичный .коэффициент кратности межAv о и " „

Число N с выхода счетчика 16: поступает йа информационный вход преобразователя 10 (регистр памяти числа N для простоты на блок-схеме не показан), на другой вход которого подается эталонная частота

Выходная частота преобразователя 10 f o о "ю/ " о (где 1о ем-. кость счетчика преобразователя 10, полагаем й„о= й„„) через преобразователь 11 йодается на вход счетчика

1G, которым она интегрируется. С целью перевода относительных единиц линейного ускорения в абсолютные (м/с) необходимо обеспечить отношение.числа, находящегося на информационном входе преобразователя 11, к емкости его счетчика кратным +0(c коэффициентом кратности К . Тогда получим число, формируемое на выходе счетчика 16.

20

25 с

К K К2 ц 1 2 о 2

Ф д43i Юо

1„

30 где 1 и 2 — время поступления сиг налов начала и конца интегрирования на вход 4 устройства управления. Соответственно по показанию счетчика

16 определится значение интеграла линейного ускорения

Е 2

Р 4 о д

V= 2Ratt=М

К1 К2К2 %6

Алгоритм формирования числа, про-: порционального градиенту линейного ускорения, в предлагаемом измерителе построен на основе его выражения дЫ/dt 2ut Rdtu/dt. Число Nd lap/dt, 5() с выхода блока 7 подается на информационный вход преобразователя 12, на другой вход которого поступает частота f() с выхода преобразователя

3 ° Импульсы выходной частоты преобразователя 12 1 2 f и (gp/И 2(где Й12- емкость счетчика преооразователя

12, выбираемая равной максиМальному числу (Ng, gg)m поступают на вход счетчика 17 и заполняют его в течение интервала времени Х Т>, Это 60 время определяется частотой (как и при формировании числа Щ, поступающей с выхода устройства 1 управления через делитель 14 частоты с ко. эффициентом деления К на другой 65 вход счетчика 17. На выходе счетчика 17 формируется число

К Ей

Зш1Й К,4УУо Я ©/8М пропорциональное градиенту линейного ускорения дЧ/dt2ev Rdufdt. Введя коэффициент 9о(как и пРи опРеДеле-. нии M ) по показанию счетчика 17 определим градиент линейного ускорения в относительных единицах 2wR3w/à Я 6

R 4М (дш)В )я

m o

= ам/М K 2Н

Коэффициент К> повышает точность пре-. образования, à его варьированием наиболее просто получается десятичный коэффициент кратности между el ..( ашЮ

Отметим, что формирование числа

1 градиента линейного ускорения возможно и другим путем - взятием раз ности результатов измерения числа

N за два соседних интервалов времени Т (как и при формировании числа й, g ) Однако исследования покаэалй, что точность измерения в этом случае почти на порядок ниже точности измерения с помощью предложенного алгоритма.

Формирование чисел линейного ускорения и его градиента ведется одновременно с формированием чисел уг ловой скорости и ускорения в течение каждого заданного интервала времени измерения T, которым и опреФ деляется быстродействие предлагаемого .измерителя линейных перегрузок, превышающее на один и более порядков быстродействие известных измерителей. Точность измерения чисел линейного ускорения, его.градиента и интеграла обеспечивается заполнением соответствующих интервалов времени (через преобразователи ) импульсами эталонной .частоты и на один и более порядков превышает точность известных .измерителей. Формирование интеграла линейного ускорения ведется непрерывно между сигналами начала и конца интегрирования заполнением счетчика импульсами частоты, пропорциональной линейному ускорению, что дополнительно повышает точность предлагаемого измерителя.

Предложенный алгоритм позволил, используя имеющиеся возможности предлагаемого измерителя, простыми средствами и с высокими. точностью и быстродействием обеспечить измерение градиента линейного ускорения, одного из .важнейших параметров, ха1007019

Составитель Н.Мараховская

Редактор О.Половка Техред Л.Пекарь Корректор А, Повх

Заказ 2130/б8 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал tllltt "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рактеризующих движение, и таким образом расширить функциональные возможности цифрового измерителя линейных перегрузок. Обладая высокими точностью и быстродействием, предлагаемое устройство может найти широкое применение не только для целей измерения параметров движения, но и использования его в прецизионных цифровых (аналоговых ) системах автоматического регулирования параметров движения.