Датчик скорости, направления вращения и углового положения вала

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам скорости, направления вращения и углового положения вала механизма, в основном предназначенного для быстродействующих систем отработки механического параметра с высокой точностью, например, для электропривода подачи металлорежущего станка. С целью повышения точности в датчик, содержащий генератор постоянной частоты, три делителя частоты, фазорасщепитель, фазовращатель , первый фильтр нижних частот, управляемый генератор, регистр, компаратор , триггер, введены смеситель частот, полосовой фильтр, два дешифратора, фазовый компаратор, два устройства выборки и хранения , второй фильтр нижних частот, блок выбора меньшего напряжения, одновибратор, конденсаторный частотомер, селектор октанта, блок частотной коррекции и резонансный усилитель. Это позволяет существенно улучшить параметры датчика. 1 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4473035/24 (22) 04.08.88 (46) 07.06;91.Бюл. hh 21 (71) Производственное обьединение "Укрэлектромаш" (72) А.М,Бродецкий, В.А.Косенко, А.Г.Павлов, В.В.Поливанов, В.С,Рафф и Ю.С.Кубла (53) 621.317.39:531.71 (088.8) (56) Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника, М.: 1Лир, 1982, с.495, рис.26,31.

Зинченко Е.К. и др. Измеритель-сигнализатор скорости вращения для газотурбинных агрегатов, в реферативном сборнике

Автоматизация,телемеханизация и связь в газовой промышленности, M., 1975. вып.1, с.14-22, рис.2.

Герман-Галкин С.Г. и др. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями. Л.: Энергоатомиздат, 1986, с,23, рис.2 — 5.

Авторское свидетельство СССР й. 1213417, кл. 6 01 Р 3/489, 1983.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам скорости, направления вращения и углового положения вала механизма, в основном предназначенного для быстродействующих систем отработки механического параметра с высокой точностью, например, для электропривода подачи металлорежущего станка.

Целью изобретения является повышение точности датчика..... Ж „„1654972 А1 (я)ю Н 03 М 1/48, 601 P 3/489 (54) ДАТЧИК СКОРОСТИ, НАПРАВЛЕНИЯ

ВРАЩЕНИЯ И УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

ВАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам скорости, направления вращения и углового положения вала механизма, в основном предназначенного для быстродействующих систем отработки механического параметра с высокой точностью, например, для электропривода подачи металлорежущего станка. С целью повышения точности в датчик, содержащий генератор постоянной частоты, три делителя частоты, фаэорасщепитель, фазовращатель, первый фильтр нижних частот, управляемый генератор, регистр, компаратор, триггер, введены смеситель частот. паласовой фильтр, два дешифратора, фазовый компаратор, два устройства выборки и хранения. второй фильтр нижних частот, блок выбора меньшего напряжения, одновибратор, конденсаторный частотомер, селектор октанта, блок частотной коррекции и резонансный усилитель. Это позволяет существенно улучшить параметры датчика. 1 ил.

Цель достигается за счет поддержания ЬЭ на выходе фазовращателя постоянной частоты независимо от скорости и направления вращения его вала, что дает возможность д эффективно фильтровать высокочастотные флуктуации на выходе линии связи, возникающие от воздействия помех на нее, а также от несовершенства конструкции фазовращателя и неидеальной синусоидальности напряжений на входе фазовращателя; за счет снижения частот питания

1654972

Таким образом, при неподвижном вале фаэавращателя частоты на входе фазового кампаратара 4 равны между собой, сдвиг фзэ между ними неизменный, выход RS-триггера 14 находится в состоянии, соответствую цем нулевому сигналу на одном из ега входов, кампаратор 18 — также в одном из состояний, принятом за нулевой.

Построение схемы устраняет вазможность взаимной синхронизации генераторов через неустранимые паразитные емкостные связи между цепями генераторов, Требуемые динамические характеристики контура автоподстрбйки частоты, в состав кагарага входят элементы 1 — 3, 5 — 9, 12, 13, 17, 21, 24, 25, задают блоком 13 частотной коррекции, выполненным, например, в виде регулятора.

При вращении вала фазоврашателя в

20 одну или дру-.у1а сторону значение частоты нэ его выходе остается неизменным благодаря раба-,; контура автападстройки частоты и резонансная система на выходе фазавраг ателя так же, как и ранее, подав- 25 ляет отклонения формы кривой на выходе от синусаидальнай. Значение входной частоты фазовращателя 24 или увеличивается, или уменьшается в зависимости ат направлениявращения, вала. 30

Контур автопадстрайки часто.; ы работате следующим образом.

Частота выхадн ых сигналов дел ителя неизменна, тогда сигнал на выходе делителя 6 частоты соответствует выходной часто- 35 те фазавращателя 24 в установившемся режиме, Сигналы управления с выхода дешифратара 5 формируются в момент перехода выходного сигнала фазовращателя через ноль в установившемся режиме (или 40 одного из двух квадратурных сигналов), При изменении углового положения вала фазовращателя 24 изменяется фаза (частота) его выходных сигналов.

Сигналы управления фиксируют в апре- 45 деленные блоками 6 и 4 моменты амплитудное значение сигнала фаэавращателя 24, приведенное селектором 3 актанта к первому октанту, в УХВ 9. Это значение, скорректированное блоком 13, управляет выходной 50 частотой сигналов генератора 2 так, что через смеситель 8 и фильтр 12 частота выходных сигналов делителя 17 частоты изменилась для компенсации изменения частоты выходных сигналов фазовращателя 55

24, Выходные сигналы разрядов делителя

17 с помощью дешифратора 16 позволяет сформировать дискретные сигналы, соответствующие требуемым угловым положениям вала, на О-триггерах 20 регистра 19, количество которых соответствует требуемому количеству сигналов, в том числе и

"О-метка". На С-входы триггеров 20 регистра 19 поступает сигнал с выхода делителя 17 частоты с постоянной частотой и фазой, соответствующей фазе сигнала и выхода фазавращателя. На О-входы поступают сигналы с выхода дешифратора 16, подключенного к делителю частоты 17, входящему в канал формирования входных напряжений фазовращателя. Частота и фаза сигналов с дешифратора 16 переменны..

О-триггеры 20 выполняют функции фазовых компараторов. Сигналы на их выходах однозначно привязаны к заданным угловым положениям вала.

На входе фазового компаратора 4 раэностная частота выходного сигнала фильтра

12 также увеличивается или уменьшается по отношению к неизменной частоте с выхода делителя частоты 7, s связи с чем на соответствующем выходе фазового компаратора 4 раз ностная частота биений фильтруется соответствующим фильтром 10 или 11 нижних частот и через блок 15 выбора меньшего напряжения поступает на вход компаратора 18, на выходе которого формируется частотный сигнал скорости вращения. Необходимость введения блока 15 выбора наименьшего из двух значений напряжений определяется тем, что при низких скоростях вращения вала (в диапазоне

1:10000 и более) и при реализации предельно высокой разрешающей способности датчика (10000 "меток" на 1 оборот вала и более) за счет флуктуаций фазы на обоих выходах фильтров 10, 11 нижних частот даже при использовании одного из самых совершенных фазовых детекторов, аналогичных известному, при медленном повороте вала в любую сторону возможно одновременное появление медленно меняющегося напряжения. Выбор меньшего значения из двух напряжений более достоверно определяет истинное угловое положение вала. Полученное значение частоты кратно значению частоты генератора 1, на не равно частоте генератора 2, т.е. значение этой частоты не равно и не кратно ни одной из укаэанных частот, что определяется выбором частот обоих генераторов. емкостью делителя 7 и дополнительным введением смесителя 8 и полосового фильтра 12, выделяющих pa="íîñòíóþ частоту генераторов.

Выходной сигнал RS-триггера 14 однозначно определяет направление вращения вала.

Для получения аналогового сигнала скорости вращения вала, в большинстве случаев существ8нна упращаю{ц8га сис1 ему управления объекта В целом, B котором используетсл датчик, применены паследаBBTeJ)bHQ соединенные конденсаторный час(отокер 23 и устройство 26 Выборки и, <РЯ{{ен{)Я. анденсатарнь{Й частотомер 23 саД8ржит (не г)оказано) В своем согтяве ключи, г)ерекл{ачяющиесл с измеряемой частотой подключающие дазиру{ащие конденсаторы сначала на разряд от стабилизированного

:,сточ){ика ндпрлженил я вагам на разряд ня Вход фильтря нижних частот. С)сновнай недостятОк известнОГО чяс Гатамеря увелич={{не ypQBH)) пульсаций с понижение{ ) измеряемой частоты — устрянлетсл установкой

{{г выходе устройства 26 выборки и хрянеНИЯ.

Однако при измерении сверх .{изких (па

Q1тнаш8нию K мяксимальноЙ) чясттoT l pe QQ..талннал Времени филь)аа часта1л18ра 23

":)измерима с измеряем))м пеаиодом Ввиду ка ечнаго Времени выборки ус ройства 26

"- .:борки и =-ранения пульсации выходного сигнала имеют все ие значительную Величи. .)у. Для уменьшения пульсаций с-раб-им;.;ульс ня устройство выборки и хранения формируют непосредственно перед переключением ключей частотомера„т.е.!, ;",пОль зу{от наиболее пологий участок экспоненты ня Выходе фильтра нижних частот частота -"ОЯ 23 )IKBBBHHl{A импульс формир,;1ат Ол . авибрата 1ам 22 ЗЯдним франта{4 катОраг з

i)ер8ключя)ат кл{а )и {ястатамеря{, Г ри ятом урОВень пульсаций {)я Выходе устройства - Й

ВГ4борки и хранения, являвшегося анало1-ОВым выходом скорости дятч{){(я, имеет более

H{)sKo8 значение ня св8рхнизких cKQpocTAK

ВРЯЩения, Использование изобретения В приводах, например, металлорежущего станка, в

cQcTBB катары)(входи-{ машина постоянно) О така или переменного — вентильная или асинхронная, позволяет повысить точность обрабатываемой детали и упростить схему. 45 привода за счет наличия всех требующихся для привода дискретных и аналоговых сигналОВ BHcoKQA точности. CTQNMocTb привода с предлагаемым датчиком также снижаетсл.

Формула изобретения

Датчик скорости, направления вращения и углового положения вала, содержац;ий генератор постоянной частоты, первый делитель частоты, выход которого соединен с фазорасщепителем, выход которога соединен с входом фазовращателя, второй и (ретий делители частоты, первый фильтр нижних частот, управляемый генератор, регистр, компаратор и триггер, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности датчика, в нега введены последовательно соединенные смеситель частот и паласовой фильтр, первый и второй дешифраторы, фазовый компарятор, первое и второе устройство выборки и хранения, второй фильтр нижних частот, блок выбора меньшего напряжения, одновибратор, конденсаторный частотомер, селектор октанта, блок частотной коррекции и резонансный усилитель, вход которого подключен к выходу фазовращателя, а выход соединен с информационным входом селектора актанта, управляющие входы которого подключены к группе выходов первого дешифраторэ, а выход соединен с информационным Входам первого устройства выборки и хранения, управляющий вход которого подкл{очен к выходу первого дешифратора, а выход через блок частотной коррекции соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен с одним входам смесителя частот, другой вход которого подключен к выходу генератора постоянной частоты и через второй делитель частоты — к одному входу фазового компаратора и входу третьего делителя частоты, группа выходов которого соединена с входами первого дешифратора, а выход соединен с входом синхронизации регистра, информационные входы которого подключены к выходам второго дешифратара, а выходы являются выходами угловых положений вала датика, Выход полосового фильтра соединен с другим входом фазового компаратора и входом первого делителя частоты, группа выходов которога соединена с входами второго дешифратора, первый и.второй выходы фазового компаратара через соответствующие фильтры нижних частот соединены с соотВетствующими входами триггера и соответствующими входами блока выбора меньшего напряжения, выход которого соединен с входом кампаратрра, выход которога является частотным выходом скорости вращения вала датика и соединен с входом адновибратора, один выход которого через конденсаторный частотомер соединен с информационным входом второго устройства выборки и хранения, управляющий вход которого подключен к другому выходу одновибратора, а выход является выходом аналогового сигнала скорости вращения валя датчика, выход триггера является выходом сигнала направления вращения вала датчика, 1654972

Составитель M,Ñèäîðîâà

Техред М,Моргентал Корректор M.ÌêñèìèøèHeö

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10

Заказ 2291 Тираж 477 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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