Способ измерения скорости вращения и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения скорости вращения вала путем формирования измерительного интервала, длительность которого кратна длительности периода вращения вала, заполнения измерительного интервалам импульсами эталонной частоты, подсчета количества этих импульсов в текущем измерительном интервале, последующего заполнения и преобразования этого количества в аналоговую форму в течение последующего измерительного интервала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при широком диапазоне измерения , после заполнения измерительного интервала Ч импульсами эталонной частоты производится последовательное понижение частоты заполнения в К раз, где К - любое наперед заданное целое число, и дальнейшее заполнение измерительного интервала -импульсами каждой из частот до момента окончания измерительного интервала , причем сумма числа прошедших импульсов низшей из частот заполнения и числа N/к, а также число произошедших понижений запоминается. . 2. Устройство для измерения скорости вращения вала, содержащее датчик, генератор эталонной частоты, триггер , последовательносоединенные первый счетчик, первый регистр памяти и цифро-аналоговый преобразователь , формирователь импульсов перезаписи и сброса, выход перезаписи которого соединен с входом перезаписи первого регистра памяти, а выход сброса соединен с входс 4 сброса первого счетчика, выходы которого соединены с входами схемы И, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия § при широком диапазоне измерения, в него введен мультиплексор, второй ре-f/1 гистр памяти, второй и третий счетчи ки, причем счетный вход второго счетчика соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выходы второго счетчика соединяются с сигнальными входами мультиплексора, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, вход которого соединен с выходом триггера, при этсм установочный вход триггера, а так- 0 .же счетный вход третьего счетчика соединены с выходом схемы И, входы сброса второго счетчика, третьего У счетчика -и триггера соединены с выходом сброса формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом датчика , а выход перезаписи-с входом перезаписи второго регистра памяти, входы которого соединены с управляющими входами мультиплексора и с выходами третьего счетчика, а выходы второго регистра памяти соединены с вторыми входами цифро-анало -ового преобразователя .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (1И

3 Д> G 01 P 3/489

В» .Рг у4.977 3 q

3 :,Н3ЯР >т-..ã

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCXOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3559347/18-10 (22) 28.02.83 (46 ) 15. 07. 84. Бюл. 9 26 (72) В.A.Êîðoâèí и М.М.Харалдин (71) Челябинский филиал Государственного союзного ордена Трудового Красного Знаменй научно-исследовательского тракторного института (53) 621. 317(088. 8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

9 412553, кл. C 01 P 3/481, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

В 555342, кл. 0 01 Р 3/42, 1977 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕ.

НИЯ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯЯ. (57) 1. Способ измерения скорости вращения вала путем формирования измерительного интервала, длительность которого кратна длительности периода вращения вала, заполнения измерительного интервала я импульсами эталонной частоты, подсчета количества этих импульсов в текущем измерительном интервале, последующего заполнения и преобразования этого количества в аналоговую форму в течение последующего измерительного интервала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при широком диапазоне измерения, после заполнения измерительного интервала М импульсами эталонной частоты производится последовательное понижение частоты заполнения в

К раз, где К - любое наперед заданное целое число, и дальнейшее заполнение измерительного интервала Й-Яимпульсами каждой из частот до момента окончания измерительного интервала, причем сумма числа прошедших импульсов ннэшей иэ частот заполнения и числа N IK, а также число произошедших понижений запоминается.

2. Устройство для измерения скорости вращения вала, содержащее датчик, генератор эталонной частоты, триггер, последовательно соединенные первый счетчик, первый регистр памяти и цифро-аналоговый преобразователь, формирователь импульсов перезаписи и сброса, выход перезаписи которого соединен с входом перезаписи первого регистра памяти, а выход сброса соединен с входом сброса первого счетчика, выходы которого соединены с входами схемы И, о т л и- ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия ю при широком диапазоне измерения, в него введен мультиплексор, второй ре гистр памяти, второй и третий счетчи ки, причем счетный вход второго счет- С чика соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выходы второго ф счетчика соединяются с сигнальными входами мультиплексора, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, вход которого соединен с выходом триггера, при этом установочный вход триггера, а также счетный вход третьего счетчика соединены с выходом схемы И, входы сброса второго счетчика, третьего счетчика -и триггера соединены с выходом сброса формирователя импульсов вход которого соединен с выходом дат чика, а выход перезаписи-с входом пе реэаписи второго регистра памяти, входы которого соединены с управляющими входами мультиплексора и с выходами третьего счетчика, а выходы второго регистра памяти соединены с вторыми входами цифро-аналогового преобраз ователя.

1103151

И б зо ретени от е тносится к измеритель- при широком диапазо иапазоне изменения контти в ащения вала но технике и и может быть использова- Ролируемой скорости вращ ерения угло- л з езов но для прецизионного измерения угло- ввиду ограниченности числа Разр цифро-аналогового преобразователя. ель изобретения — повышение точвой скорости.

Известен способ измерения скорости 4ель изо Р вращения вала путем формирования имф мирования им- 5 ности и быстродействия при широком пульсов, период которых равен периох равен перно- диапазоне измерения скорости вращеду вращения вала, последующего преобПоставленная цель достигается тем, разования этих импульсов в импульсы что согласно способу измерения скорости стабильной воль- секундной площади и выпеление среднего значения полученн ения получен- 10 вращения вала путем формирования измерительного интервала, длительность которого кратна длительности периода враных импульсов (1) .

Устройство, р у еализ ющее данный ла заполнения измерительнос е жит последовательно сое- щения вала, способ, содер гс интервала N импульсами эталонной диненные часто да т тный тчик, Формиро15 частоты, подсчета количества этих ватель амплитудный ограничитель, I импульсов в текущем измерительном осред яющи и и блок а также кварцевый интервале, последующего запоминания ге нера ор т и вто ю схему совпадеРУ и преобразования этого кс ничества в ния (1) . аналоговую форму в течение последуюЭтот спо соб и ст ойство для его

У Р .го измерительного интервала, после реализации им еют низк ю точность при 20 щег у заполнения измерительного интервала больших Уск р ско ениях вала за счет инерс е него 11 импульсами эталонной частоты произционности схемы выделения среднего водится последовательное ел ное понижение значения импульсов, постоянная времен ния в К аз, где К

ыби ается исходя из мини- частоты заполнения в раз, ни которой вы ирается в а ения вала. 25 б наперед заданное целое число, мальной скорости р щ е и дальнейшее заполнение измерительНаибслее близким к предлагаемому и дальне ше ного интервалами - w импульсам ами каждой по технической сущности и достигаемоиз частот до момейт а оконча и н я измему результату является способ измереения вала согласно рительного интервала, причем сумма ния скорости вращения вала, соглас о н- числа проше ошедших импульсов низшей из осорому формируют измерительный и З0 ительность .которого равна частот заполнения и числа тервал, длите ь же число произошедших понижений .задвум периодам вращения вала, заполня- же ч ют измерительный интервал импульсами поминается. и частоты, подсчитывают коли- В устройство, реализующее указанэталонно час ее тчик, генечество этих э их импульсов в текущем изме-35 ный способ, содержащее да т игге рительном интерва ервале а затем запоми- ратор эталонной частоты, тр р нают и преобразуют это ют это количество в последовательно соединенные первый аналоговую Форму в му в течение последую- счетчик, первый регистр памяти и щего измерительного и о интервала )2) ° цифро-аналоговый преобразователь, у тройство реализующее данный спо- .„формирователь импульсов перезаписи иси кото ого соб, содержит по следовательно соеди- и сброса, выход переэап р силитель триггер соединен с входом переза аписи пе воР ненные датчик, усилит и яти а выход сброса

Шм идта, пе рвый и второй триггеры,ло- го регистра памяти, а в е ИЛИ формирователь соединен с входом сброса р о пе вого гическую схему, о х кото го соединены импульсов перезаписи и сброса, выпол- счетчика, выходы . Ро ненный на двух однови ратора б ато ах, после-45 с входами схемы И, допблнительно с вто ой редовательно соедине ненные генератор введены мультиплексор, второ ти вто ой и третий счетэталонно ча и астоты схему блокировки, гистр памяти, второ

Г вхо второго счетчик, регистр памя ам ти и цифро-анало- чики, причем счетный д м гене аговый преобразователь, мультивибра- счетчика соединен с .выходо Р тор, причем выход перезаписи и форми- 50 тора эталонной частоты, а выходы с сигрователя импульсов перезапис иси и сбро- второго счетчика соединяются с с а выиси ре- нальными входами мультиплексора, са подключен к входу перезаписи счетным гистра памяти, а выход сброса подклю- ход которого соединен со счет ика выход входом первого счетчика, х д в о кото чен к входу сброса счетчика, т игге а, о ключен к входам схемы И, 55 рого соединен с выходом три р которого подключен к вх чный вход которого, а также ой подключен к второму установоч выход которо счетный вход третьего счетчика соевходу схемы блокир . овки причем второй динены с выходом схемы И, входы выход второго триггер а подключен к сб оса второго счетчика, третьего счетчика и триггера соединены с вьюки овки, а с рос выход триггера Шмидта д сое инеи с вхо-60 счетч ходом сброса формирователя импуль о с в дом мультивибрагора, вых ды о которого которого соединен с выходом датт енно с входом вход соединены соответственно а выход перезаписи-с входом вхо ом схемы ИЛИ (2g. чика, а в усилителя н вторым в д пе езаписи второго регистра памяти, Недостатком изв вестного способа и перез ды которого соединены с управляюЪ стройства является низкая точность 65 входы о

1103151 щими входами мультиплексора и с выходами третьего счетчика, а выходы второго регистра памяти соединены с вторыми входами цифра-аналогового преобразователяя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство для измерения скорости вращения вала, реализующее предлагае-!О мый способ, содержит датчик 1, генератор эталонной частоты 2, первый, второй и третий счетчики 3, 4 и 5, формирователь импульсов перезаписи и ,сброса 6, мультиплексор 7, первый и 15 второй регистры памяти 8 и 9, схему

И 10., триггер 11 и цифро-аналоговый преобразователь 12. Цифро"аналоговый преобразователь 12 может быть выполнен на основе операционного усилителя 13, источника опорного напряжения 14 и первый и второй резистивных матриц 15 и 16. !

Устройство работает следующим образомм.

Датчик 1, связанный с валом, формирует импульсы, период которых равен периоду вращения вала 3 (фиг. 2, Цэц 1). По положительному фронту этих импульсов формирователь импульсов перезаписи и сброса 6 формирует короткие импульсы перезаписи и сбро" са (фиг. 2,Ц „» 6 перезапись, "gb>x.

6 сброс) . Генератор эталонной частоты 2 работает постоянно и его выход- 35 ные импульсы с частотой 2 1 (фиг.2, Usb„ 2 ) поступают на вход второго счетчика 4, на выходах которого формируется сетка частот с частотами

f /2, 3/4 и т.д. (Фиг. 2,Ц>,,Д 4). 4О

После появления импульса сброса (фиг. 2, и в„„6 сброс ) первый, второй, третий счетчики 3, 4 и 5 и триггер 11 сбрасываются в нулевое состояние.

Нулевые уровни сигналов на управляю- 45 щих входах мультиплексора 7 обеспечивают подключение наивысшей выходной частоты второго счетчика (т.е. 1) на счетный вход первого .четчика 3 (фиг. 2,U>b Ä 7). Таким образом, первый счетчик 3 в начале каждого периода выходного сигнала датчика 1 производит подсчет импульсов частоты 1

В момен времени 4, (фиг. 2) во всех разрезах первого счетчика 3 устанавливаются логические единицы, т.е. происходит его переполнение (фиг.2, sebi» 3) . Это состояние выявляется первой схемой И 10, (фиг. 2,Ц,« 10).

Появление сигнала на выходе первой

И 10 приводит к переключению тригге- а »

° ра 11 (фиг. 2, U»«11) и записи числа

"один" в третий счетчик 5 (фиг. 2, U bд 5). Выходной сигнал триггера 11 устанавливает старший разряд первого счетчика 3 в состояние логической 65 единицы (фиг. 2,0>b« 3-3J, причем это состояние в дальнейшем не изменяется до момента сброса триггера 11.

Код числа "один" выходных сигналов третьего счетчика 5, подключенных к управляющим входам мультиплексора 7, приводит к подключению на счетный вход первого счетчика. 3 выходы второго разряда второго счетчика 4, т.е. начиная с момента времени, первый счетчик 3 производит счет импульсов, частота которых понизилась в два раза и стала равной f /2. Далее первый счетчик 3 продолжает счет до заполнения единицами всех разрядов, кроме старшего разряда, который принудительно удерживается в единичном состоянии триггером 11- Заполнение единицами всех разрядов первого счетчика 3 приводит к.введению в третий счетчик 5 еще одной единицы, что приводит к понижению частоты импульсов на счетном входе первого счетчика 3 еще в два раза, и далее процесс в устройстве повторяется до момента окончания периода выходного сигнала датчика 1 сигналом перезаписи (фиг. 2, Uцs b,„6 перезапись), информация иэ первого 3 и третьего 5 счетчиков переписывается в первый 8 и второй 9 регистры памяти, которые управляют первой 15 и второй 16 резистивными матрицами цифро-аналогового преобразователя 12. Выходное напряжение устройства, как это следует иэ схемы цифро-аналогового преобразователя 12, равно

Цоп "

Цвы» где Ij „ — выходное напряжение источ.ника опорного напряжения 14; — сопротивление первой резистивной матрицы 15; сопротивление второй реэистивной матрицы 16.

Для нормальной работы устройства сопротивление второй реэистивной матрицы 16 выбирается пропорциональным р а)\

У где j — число переменных частот заполнения, т.е. показание третьего счетчика 5 в момент окончания периода выходного сигнала датчика 1.

Сопротивление первой резистивной матрицы 15 выбирается пропорциональным числу М, где М вЂ” количество импульсов заполнения наивысшей входной частоты первого счетчика 3, округленное до числа разрядов этого счетчика, т.е. число М вЂ” показания первого счетчика 3 в момент окончания периода выходного сигнала датчика 1.

Таким образом, Р î

Ц вь1» 21 ..м где К - коэффициент пропорциональности, 1103151

При этом, поскольку произведение

2 . М пропорционально длительности измеряемого периода, то выходное напряжение устройства оказывается пропорциональным скорости вращения вала.

После окончания перезаписи информации из.первого 3 и третьего 5 счетчиков в первый 8 и второй 9 регистры памяти формирователь импуль,сов перезаписи и сброса 6 формирует импульс сброса в исходное состояние счетчиков 3,4 и 5 и триггера 11, и процесс измерения начинается сначала.

При этом в первом 8 и втором 9 регистрах памяти, а следовательно, и на выходе устройства сохраняется сигнал, соответствующий скорости вращения вала, измеренной за предыдущий период выходного сигнала датчика.

Таким образом, с помощью датчика, Ю связанного с вращающимся валом, формируется измерительный интервал, длительность которого в целое число от- личается от периода вращения вала.

В начале измерительный интервал запол25 няется импульсами с частотой 1 . Если число импульсов заполнения достигло числа hl (в случае подсчета двоичным счетчиком может быть равно Й =2 где - число разрядов этого счетчи- 30 ка), а измерительный интервал еще не закончился, производится понижение частоты заполнения в К раз, где К— основание счетчика К=2 в случае двоичного счетчика . Заполнение иэмери- 35 тельного интервала Й импульсами частотой f эквивалентно по времени заполнению NIL импульсами частот т/К. Поэтому счетчик, считающий число импульсов заполнения измерительного интервала частотой f/Ê, начинает свой счет не с нуля, а со значения М(К. После прихода числа импульсов H - — „частотой и состояние счетчика аналогично состоянию после прихода импульсов с частотой 1 . Далее происходит дальнейшее понижение частоты в К раз и процесс заполнения измерительного интервала продолжается до его окончания. При окончании измерительного интервала в счетчике зафиксирована сумма числа jK и числа пришедших импульсов заполнения низшей частоты.

Таким образом, полученная сумма, умноженная на период следования импульсов низшей частоты, равна длительности измеряемого интервала. Поэтому для определения действительной скорости вращения вала необходимо запомнить и передать на цифро-аналоговый преобразователь эту сумму и число произошедших понижений частоты, которое однозначно характеризует величину периода низшей частоты заполнения.

При использовании предлагаемого способа при любой частоте вращения вала происходит автоматическое переключение величины заполняемой частоты, что предотвращает ухудшение точности при увеличении частоты вращения вала, т.е. обеспечивает существенное улучшение точности устройства.

1103151

1103151

РР . 1

РЙ/кб

ЮГРгяо пиа

Удаи. б

Сброс

Р8ых 2

l/Рык.

Р/ы, T

1/йгх. Ю

Р/ык. 1/

РРь . 5

Составитель Ю. Мручко

Редактор В.Ковтун Техред А.Кикемезей Корректор О.Тигод

Заказ 4971/33 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4