Цифровой измеритель ускорения вала

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорений вращающегося вала. Сущность изобретения: цифровой измеритель ускорения вала содержит импульсный датчик, элементы И, генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, формирователь коротких импульсов, элементГзэд ержки, схему инкремента, два дешифратора, RS-триггер, мультиплексор, блок отсчета, счетный триггер, два D-триггера, сумматор по модулю два. 2 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 Р 15/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4948043/10 (22) 24,06.91 (46) 30.01.93. Бюл. N. 4 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) А.И, Овчаренко (56) 1. Авторское свидетельство СССР

No824061, кл. G 01 Р 15/08, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

N 685987, кл. G 01 P 15/08, 1978, (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УСКОРЕНИЯ ВАЛА

Изобретение относится к технике измерения параметров движения и может быть использовано для измерения ускорений вращающихся валов.

Известно устройство для измерения ускорения вала, содержащее импульсный датчик частоты вращения, генератор эталонного времени, реверсивный счетчик, вентили, схему инкремента, RS-триггер, Dтриггер, дешифратор, блок отсчета. Это устройство обладает низкой динамической точностью, так как не позволяет идентифицировать режимы смены скоростного режима.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство, содержащее импульсный датчик, расположенный на валу и подсоединенный выходом к входам двух элементов И, к второму входу первого элемента И подключен прямой выход генератора эталонного времени, а к второму входу второго элемента И вЂ” его инверсный выход, выход Ы, 1791781 Al (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорений вращающегося вала, Сущность изобретения: цифровой измеритель ускорения вала содержит импульсный датчик, элементы И, генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, формирователь коротких импульсов, элемейт задерж- ки, схему инкремента, два дешифратора, RS-триггер, мультиплексор, блок отсчета, счетный триггер, два D-триггера, сумматор по модулю два. 2 ил. первого элемента И соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а выход " второго элемента И вЂ” с его вычитающим входом, кроме того, устройство содержит схему инкремента, соединенную с инверсЪ ными выходами реверсивного счетчика и 4 блока отсчета; Ю

Недостатком этого устройства является низкая динамическая точность, так как и в нем не учтена возможность смены скоро- QQ стного режима вала.

Целью изобретения является йовышение динамической точности измерения ускорения, Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее импульсный дат- чик, расположенный на валу и подсоединенный выходом к входам двух элементов И, к второму входу первого элемента И подключен прямой выход генератора эталонного времени, а к второму входу второго элемента И вЂ” его инверсный выход, выход первого элемента И соединен с суммирующим вхо1791781

25

40

55 дом реверсивного счетчика, а выход второго элемента И вЂ” с его вычитающим входом; кроме того, устройство содержит схему инкремента, соединенную с инверсными выходами реверсивного счетчика, и блок отсчета, дополнительно введены формирователь коротких импульсов, элемент задержки, RS-триггер, мультиплексор, третий элемент И и идентификатор смены скоростного режима, причем прямой выход генератора эталонного времени через формирователь"коротких импульсов соединен с элементом задержки, стробирующим входом схемы инкремента и тактовым входом идентификатора смены скоростного режима, выход элемента задержки соединен с

R-входом реверсивного счетчика, с R-входом RS-триггера и первым входом третьего элемента И, выход дешифратора соединен с S-входом RS-триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, к информационным входам которого подключены выходы схемы ийкремента и прямые выходы реверсивного счетчика, выходы мультиплексора соединены с блоком отсчета, прямые выходы реверсивного счетчика связаны с информационными входами идентификатора смены скоростного режима выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого связан с разрешающим входом мультиплексора. Кроме того, идентификатор смены скоростного режима содержит стробируемый дешифратор, счетный триггер, два элемента И, два D-триггера и crpoбируемый сумматор по модулю два, причем информационные входы идентификатора соединены с информационными входами стробируемого дешифратора, тактовый вход идентификатора соединен со стробирующим входом дешифратора, входом счетного триггера и стробирующим входом сумматора по модулю два, выход дешифратора соединен с первыми входами элементов И, к вторым.их входам соответственно подключены прямой и инверсный выходы счетного триггера, а выходы соединены с

С-входами D-триггеров, к D-входам которых подключен выходдешифратора, прямые выходы D-триггеров соединены с информационными входами сумматора по модулю два, выход которого является выходом идентификатора.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

На схеме показаны:

1 — импульсный датчик, 2 — объект измерения — вал, 3, 4 — элементы И, 5 — генератор эталонного времени, 6 — реверсивный счетчик, 7 — формирователь коротких импульсов, 8 — элемент задержки, 9 — схема инкремента, 10 — дешифратор, 11 — RS-триггер, 12 — мультиплексор, 13 — блок отсчета, 14 — элемент И, 15 — идентификатор, который в свою очередь содержит:

16 — дешифратор, 17 — счетный триггер, 18, 19 — элементы И, 20, 21 — D-триггеры, 22 — сумматор по модулю два, Структурная схема построена следующим образом.

Импульсный датчик 1, расположенный на валу 2 и подключенный к элементам И 3 и 4. К другим входам этих элементов подключены соответственно прямой и инверсный выходы генератора 5 эталонного времени. Выходные сигналы генератора 5 (фиг. 2) представляют собой "меандры", сдвинутые по фазе на 180О, Выходные сигналы элементов 3 и 4 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 6, Прямой выход генератора 5 подключен к формирователю 7 коротких импульсов, выходной сигнал которого формируется по фронту сигнала прямого выхода генератора 5 (фиг, 2) и поступает непосредственно на стробирующий вход идентификатора 15 (стробирующий вход дешифратора, 16) и на стробирующий вход смены инкремента 9, а через элемент задержки 8 — на R-вход реверсивного счетчика 6, R-вход RS-триггера 11 и вход элемента И 14. Кодовые выходы реверсивного счетчика объединены в две группы — прямые и инверсные. Инверсные выходы через схему инкремента 9 подключены к первой группе информационных входов мультиплексора 12, а прямые выходы — непосредственно к второй группе входов мультиплексора 12, к входам дешифратора

10 и к информационным входам идентификатора 15 (информационные входы стробируемого дешифратора 16). Выход дешифратора 10 соединен с S-входом RSтриггера 11, прямой выход которого связан с управляющим входом мультиплексора 12 (определяет, с какого направления осуществляется передача информации на блок отсчета). К разрешающему входу мультиплексора 12 (определяет включение в работу или отключение мультиплексора 12) подключен выход элемента И 14, к второму

1791781

1.0

20

40 входу которого подключен выход идентификатора 15 (выход сумматора 22 по модулю два). Собственно идентификатор 15 смены скоростного режима содержит стробируемый дешифратор 16, счетный триггер 17, элементы И 18, 19, D — триггеры 20, 21 и сумматор 22 по модулю два.

Сущность функционирования устройства сводится к следующему.

Импульсный датчик 1 вырабатывает сигналы, частота которых пропорциональна частоте вращения"вала: f1 = К в. Импульсы генератора 5 поочередно открывают элементы И 3 и 4. Тем самым обеспечивается поочередная подача сигнала датчика 1 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 6. В йоследнем к концу каждого цикла измерений (продолжительностью в период Т импульсов ген е р а т о р а 5) ф о р м и р у е т с я к од

N = — f1/0 (t Т/2 — — f1/Ò/2 (t Т, ПPO2 2 порциональный разности частот вращения

1на постоянном временном интервале. В конце каждого интервала с задержкой, определяемой элементом 8 и выбираемой по величине меньшей, чем минимальный период импульсов датчика 1, реверсивный счетчик сбрасывается в нулевое состояние и тем самым подготавливается к новому циклу йзмерений, Если ускорение положительно, то в цикле измерения реверсивный счетчик переходит через состояние "все нули". Это обстоятельство фиксируется дешифратором 10, выходной сигнал которого устанавливает в единичное состояние RS-триггер

11. Выходной потенциал прямого выхода этого триггера определяет передачу в блок отсчета 13 через мультиплексор 12 дополнительного кода С (добавление единицы к обратному коду осуществляется в схеме 9 инкремента), В противном случае (ускорение отрицательно) дешифратор 10 в цикле не срабатывает, триггер 11 остается в нулевом состоянии (сбрасывается в него в конце каждого цикла выходным сигналом элемента задержки 8) и мультиплексор 12 передает в блок отсчета 13 прямой код реверсивного счетчика 6.

Описанная часть структуры фактически реализует функции прототипа и позволяет точно измерять ускорение лишь тогда, когда измерительный интервал Т полностью укладывается на линейно изменяющемся участке графика частоты вращения во времени (на фиг. 2 этому соответствует измерительный интервал Т, оканчивающийся в момент времени t2), В противном случае (интервалы

Т на фиг, 2. оканчивающиеся в моменты

I времени t1 и тз) имеет место динамическая ошибка измерения ускорения.

В таких режимах вступает в работу идентификатор 15 смены скоростного режима, Его функционирование сводится к следующему. Выходной сигнал формирователя

7 в конце каждого интервала Т стробирует дешифратор 16 и, если в реверсивном счетчике 6 зафиксировано нулевое ускорение, то дешифратор 16 формирует отрицательный импульс (фиг. 2). В противном случае (нулевое ускорение) на выходе дешифратора 16 в момент стробирования остается потенциал высокого уровня (фиг. 2). Одновременно выходной сигнал формирователя 7 переключа- етсчетный триггер 17 и тем самым выходной сигнал дешифратора поочередно через элементы И 18, 19 передается на С-входы 0триггеров 20, 21. Соответствующий

0-триггер, будучи в нулевом (единичном) состоянии, переключается, если с дешифратора 16, поступает единичный (нулевой) потенциал, и остается в прежнем состоянии, если с дешифратора 16 поступает нулевой (единичный) потенциал. Таким образом, в моменты окончания интервалов Т (на фиг.

2 — это t1 и t3), непосредственно следующие за моментами смены скороСтного режима; потенциалы U20, 021 прямых выходов 0триггеров 20, 21 оказываются различными.

При этом выходной сигнал сумматора 22 по модулю два, реализующего функцию

020 i" U21 б 020 021, оказывается pBBHbll4 единице и в момент появления сигнала на выходе элемента задержки 8 на выходе элемента И 14 будет единичный уровень, Такой уровень является запрещающим два мультиплексора 12, он не коммутирует на блок отсчета 13 ни одной из двух групп входов, т. е, происходит пропуск бтсчета, Если же два . примыкающих BO времени интервал Т полностью расположены либо на участке стабилизации скорости, либо на участке ее лйнейного изменения, то 0-триггеры 20, 21 прйнимают одинаковое состояние (либо нули, либо единицы) и выходной сигнал сумматора 22 по модулю два равен нулю и разрешается работа мультиплексора 12.

Таким образом, предложенное устройство позволяет исключить отсчеты с динамическими погрешностями, обусловленными сменой скоростного режима.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель ускорения вала, содержащий импульсный датчик, расположенный на валу, два элемента И, первые выходы которых подключены к выходу импульсного датчика, генератор эталонного

1791781

8 времени, прямой выход которого соединен выход RS-триггера, выходы мультиплексора с вторым входом йервого элемента И, а ин- соединены с входами блока отсчета, S-вход версный — с вторым входом второго,элемен- RS-триггера соединен с выходом дешифрата И, реверсивный счетчик, суммирующий и: тора, а информационные входы идентифивычитающий входы которого соединены с 5 катора смены скоростного режима выходами собтветствейно пбрвбго in" второ- подключены к прямым выходам реверсив- ... го элементов И, схема инкремента, входы . ного счетчика, которой соединены с инверсными выхода- 2. Измеритель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йми реверсивного счетчика, дешифратор, с я тем, что идентификатор смены скоровходы которого соединены с прямыми выхо- 10 стного режима содержит стробируемый дедами реверсивного счетчика, и блок отсчета, шифратор, счетный триггер, два элемента И, отличающийся тем, что, с целью . дваО- триггераистробируемыйСумматорпо

: . повышения динамической точности иэмере- модулю два, причем выход стробируемого ния. s него введены формирователь корот- . дешифратора соединен с первыми входами кйх импульсов элемент задержки, 15 элементов И; вторые. входы .KOTopblx подRS-триггер;мультиплексор, третий элемент . ключены соответственно к прямому и инИ и йдентификатор смены скоростного ре- " версному выходам счетного триггера, жима, причем прямой выход генератора эта- выходы элементов И соединены соответст. лонного времени подключен к входу венносС-входамиD-триггеров,О-входыкоформирователя коротких импульсов, выход 20 торых соединены с выходом дешифратора, .которого соединей со стробирующим вхо- прямые выходы D-триггеров соединены с дом схемы инкремента, с тактовым входом информационнь ми входами сумматора rio идентификатора смены скоростного режи- модулю два, выход которого является выхо. ма и через элемент задержки — с Й-входами. дом идентификатора смены скоростного ререверсивйотосцетчикаи RS-триггера, атак- 25 жима, при этом информационные входы. же с первым входом третьего элемента И, стробируемого дешифратора являются инвторой вход которого соединен с выходом . формационными входами идентификатора идентификатора смены скоростного режи- смены скоростного режима. а стробируюма; а выход — с разрешающим входом муль- щие входы дешифратора, сумматора по мотиплексора, к информационным входам 30 дулю два и вход счетйого триггера которого подключены выходы смейы инкре- объединены и являются тактовым входом мента и прямые вь ходы реверсивного счет- идентификатора смены скоростного режичйка, à K управляющему его входу - прямой ма.

1791781

1791781

Составитель В.Костин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор Т.Палий

Редактор

Заказ 150 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул,Гагарина, 101