Устройство для измерения малых угловых скоростей

 

О П И С А Н И (ii)69(338g

ИЗОБРЕТЕН И

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТЕЛЬСТВ (61) Дополнительное к авт. свиа-ву— (22) Заявлено 24.01.77 (21) 2441301/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 05 1079 Бюллетень Х

Дата опубликования описания 05.10. (5l3 М. Кл

G 01 P 3/48

Гасударстввнный квинтет

СССР ва делам нзюбрвтвннй

N dTKPblTNN (53) УДК 531.771. (088.8) (72) Авторы изобретения

В, А. Пьянков и Л. В. Баранов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ

УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение для из мерения скорости перемещения траверсы гидравлических прессов, а также скорости других медленно перемещающихся механизмов.

Известны измерители утловой скорости, содержащие сельсин, подключенный к измерительной схеме (13.

Однако отмечается недостаточная точность при измерении с малых угловых скоростей и низкая надежность измерения при высокочастот- 1о ных колебаниях скорости, возникающих из-за вибрации объекта.

Наиболее близким по технической сущности

I является устройство для преобразования утло- 15 вой скорости вращения вала в частоту следования импульсов, выход которого можно использовать непосредственно для измерения скорости.

Устройство состоит из последовательно соединен:ных генератора опорной частоты, делителя, фазо- 26 расщепительного блока, фазоврашателя, соединенного с валом, скорость которого иэмеряетс умножителя частоты и блока сравнения (23.

Однако зто устройство нельзя использовать

; для измерения быстро меняющихся скоростей..

11елью изобретения является расширение диапазона измерений в условиях вибраций объекта.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения малых угловых скоростей снабжено преобразующим блоком, состоящим из триггеров с фазовым гистереэисом, синхронизнрующие входы которых подключены через усилитель-ограничитель к статорной обмотке фазовращателя, генератора опорной частоты, подключенного через делитель частоты и фазорасщепитель к роторной обмотке и к распределителю импульсов, выходы которого включены на потенциальные входы триггеров с фазовым гистерезисом, а выходы триттеров подключены к измерительной схеме.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства для измерения малых угловых скоростей; на фиг.

2 — блок-схема триггера с фазо ым гистерезисом; на фиг. 3 — диаграммы состояний в различных точках блок-схемы фиг. 1 для случая, когда схема содержит один триггер с фазовыми

690389 гистереэисами; на фнг. 4 — диаграммы работы триггеров с фаэовым гистереэисом для случая, когда схема содержит четыре триггера.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, делитель 2, фазорасщепительный блок 3, фазоврашатель 4, усилитель-ограничитель 5, распределитель 6 импульсов, сумматор 7, частотомер 8, триггеры с фазовым гистерезисом 9, состоящие (фнг. 2) из потенциально- импульсных ключей 10, ll и собственно триггера 12.

Генератор 1 вырабатывает импульсы опорной частоты fq (фиг. За), которые поступают на входы делителя 2 и распределителя 6. С выхода делителя 2 напряжение частоты f> =1;- —, 1 где k — коэффициент деления делителя 2, через 15 фазорасщепительный блок 3 поступает в фаэовращатель 4. Переменное напряжение с выхода фаэовращателя 4 поступает на вход усилителяограничителя 5, где усиливается и ограничивается до прямоугольного напряжения (фиг. З,г), ?0 величина фазового сдвига которого пропорциональна углу поворота ротора фазовращателя 4.

Выходные сигналы усилителя-ограничителя 5 после дифференцирования, выделяницего их передние фронты, подается на синхровходы триггеров с фазовым гистерезисом 9, Триггер с фазовым гистереэисом 9 состоит из собственно триггера 12 и двух потенциальиоимпульсных ключей 10 и 11 на его входах, импульсные входы которых объединены в инхровход триггера 9, а потенциальные входы представляют управляющие входы этого триггера.

Распределитель импульсов 6 осуществляет выработку пар стробирующих импульсов С1 и Сг (фиг. 1 и фиг. 3, б, в).Каждая пара импульсов

С, и Сг подается на свой триггер с фазовым гистерезисом 9 и сдвинута по фазе относигельно соседней пары стробирующих импульсов на величину р = „— —, где и — количество трипе360

40 ров с фазовым гистереэисом.

При вращении ротора фаэовращателя 4 с частотой Фэ могут иметь место три разли ных варианта временного расположения выходного импульса усилителя ограничителя 5 относитель. но стробирующих импульсов С1 и Сг (для sxoдов каждого из триггеров), а именно: а) импульс усилителя 5 совпадает с С (момент tq на фиг. 3, г); б) импульс усилителя 5 совпадает с Сг (момент тэ на фиг. З,г); в) импульс усилителя 5 не совпадает ни с

C»w с Сг (моменты tz и т на фиг. Ç,г) .

Состояние триггера 12 изменяется только в первых двух случаях, причем, если имеет место совпадение со стробом С, то триггер переключается, например, в состояние "1" (или это состояние подтверждается), Если же имеет место совпадение со стробом Сг, то он переключает4 ся в состояние "0 . (нли эго состояние подтверждается) (фиг. 3, д).

Пусть в течение некоторого конечного интервала времени измеряемая скорость постоянна (f3 = const). Тогда в силу того, что измеряемая скорость мала (fq ((1г) на протяжении некоторой части рассматриваемого интервала времени выходные импульсы. усилителя-ограничителя 5 совпадают со стробами С1 (случай a), затем не будут совпадать ни с С» ни с Сг (случай в) и далее совпадают со стробами Сг (случай б).

Таким образом, ключи 10 и 11 пропускают на входы триггера 12 повторяюшиеся серии импульсов, причем частота повторения этих серий пропорциональна угловой скорости фаэовращателя. Состояние триггера 12 изменяется под действием первого импульса каждой серии, поэтому частота переключения триггера также пропорциональна угловой скорости фазовращателя 4.

Частота импульсного напряжения на выходе каждого иэ триггеров с фазовым гистерезисом

9 равна

4 = fi — к(тг + тг) (1)

4 = т1 — ктг кт», (2) где k — коэффициент деления делителя 2, равный К = гОтсюда f> = Иг, поэтому из формулы (2) rioлучают .(3)

Из

В формулах (1) — (3) знаки "+" означают только направление вращения ротора фазовращателя 4, далее они не учитываются.

Флуктуация фазы положительного фронта напряжения, поступающего на синхровход триггера 9, вызванная высокочастотными колебаниями измеряемой скорости из-за вибрации объекта (фиг, 3, г) и происходящая в пределах зоны гистерезиса (т. е. в интервале между задним фронтом одного стробирующего импульса и передним фронтом другого), вызывает соответствующее смещение (флуктуацию) моментов переключения триггера 9, если она случается в моменты времени t или tq, и не вызывает изменения состояния триггера, если она случается в моменты времени t или t4 (фиг. З,д).

В любом случае такие колебания измеряемой скорости не приводят к изменению частоты переключения триггера, так как не вызывают его ложных переключений из-за флуктуаций фазы напряжения частоты Фг + 1э и, следовательно, не вносят погрешность в результат измерения скорости объекта.

На фиг. 3, е показаны моменты переключения триггера 9 из одного состояния в другое в зависимости от величины фазового сдвига выходного напряжения усилителя-ограничителя 5.

Здесь же указана величина зоны гистерезиса.

690389

Если устройство содержит не один триггер с фазовым гнстерезисом, а несколько (напри. мер, и триггеров), то, в связи с тем, что пары стробирующнх импульсов С1 и С, управляющие переключениями каждого из триггеров, сдвинуты по фазе, переключение триггеров 9 происходит поочередно по мере вращения ротора фаэовращателя 4 и на выходе сумматора 7 имеет ,напряжение с частотой

4 = nf4 =и" э (4) 10

Увеличение количества триггеров с фазовым гистерезисом отражается и на значении зоны гистерезиса предлагаемого устройства в целом, а именно она возрастает в и раз по сравнению с устройством, содержащим один триггер с фазовым гистерезисом.

На фиг. 4 приведено устройство с четырьмя триггерами. На фнг. 4а, б, в, г изображены моменты переключения каждого из четырех триггеров соответственно в зависимости от величины фазового сдвига выходного напряжения усилителя-ограничителя 5; на фиг. 4д — моменты появления импульса на выходе сумматора 7, вызванного переключением одного (любого) триггера, и указана величина зоны гистерезиса предлагаемого устройства в целом.

Полученная частота fz на выходе сумматора 7, пропорциональная угловой скорости вращения ротора фазовращателя 4, поступает на частотомер 8, осуществляющий индикацию этой частоты в цифровой форме.

Формула изобретения

Устройство для измерения малых угловых скоростей, содержащее фазовращатель, подключенный к измерительной схеме, выполненной в виде сумматора и частотомера, о т л и ч аю щ е eсл тем,,что, с целью расширения ди. апазона измерений в условиях вибрации объекта, оно снабжено преобразующим блоком, состоящим из триггеров с фазовым гистерезисом, синхроннзирующне входы которых подключены через усилитель-ограничитель к статорной обмотке фазовращателя, генератора опорной частоты, подключенного через делитель частоты и фазорасщепнтель к роторной обмотке и к распределителю импульсов, выходы которого включены на потенциальные входы триггеров с фазовым гнстерезнсом, а выходы триггеров подключены к измерительной схеме.

Источники информации, тринятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Х 322719, кл. G 01 Р 3/4Ь, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР У 325619; кл. 6 06 J 3/00, 1968 (прототип).. 690389 о

8)

Фиаа

Составитель Е. Швецов

Редактор О. Филиппова Техред М Петко Корректор Н. Горват

Заказ 5955/41 Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

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