Устройство для измерения фазы и частоты вала дебалансного возбудителя колебаний
Союз Советскмк Социалистическни Республик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ {6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву(22)Заявлено 09.06.80 (21) 2940568/18-24 (5C)N. Кл. с присоединением заявки яЪБ 05 0 19/02 3Ьеуааретвеавый квинтет CCCP в делам ювбретенвВ и вткрытви {23) ПриоритетОпубликовано I5.07.82. Бктллетень М 26 Дата опубликования описания 15. 07.82 (53) УДК 62-50 (088.8) (72 ) Авторы изобретения Н.п. Ðÿøåíöåâ, В. В.Житилин и А.П.Малахов Институт горного дела Сибирского отделения АН СССР 1 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ И ЧАСТОТЫ ВАЛА ДЕБАЛАНСНОГО ВОЗБУДИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ Изобретение относится к оптимиза ции режима работы виброисточников с .электроприводом и может найти применение, в частности, в систем к автоматизированного управления вибраторами, предназначенными для получения сейсмических волн, обеспечивающих изучение структуры и геологоразведку Земли. Известно устройство для автоматического измерения фазового положения дебаланса возбудителя колебаний вибромашины, содержащее импульсные датчики углового положения вала электропривода, счетчик, триггер и регистрирующий блок (1 1. Зто устройство по принципу действия позволяет получить информацию лиш о знаке отклонения (регулируемой) контролируемой величины от заданного значения. Численные значения фазового положения вала дебаланса с помощью известных устройство не могут быть определены с высокой точностью, на практике часто возникает необходимость в автоматическом измерении фазового положения дебаланса с высокой точностью с целью последующего использования, получаемой информации для требуемой корректировки режимов работ вибромашины, что позволяет получить стабильный по фазе и частоте сейсмосигнап, это соответственно позволяет облегчить разработку приемников сейсмосигналов при значительных сейсмических помехах в земной коре, а также позволяет увеличить площадь g- зсндирования сейсмосигналов. Наиболее близким техническим решением к изобретению является усть ройство для автоматического измерения фазового положения вала возбуди20 теля колебаний вибромашины, содержащее импульсные датчики углового поло" жения, импульсный датчик момента начала удара, схемы совпадения и триг943664 гер, снабженное дополнительные импульсным датчиком углового положения вала, элементов задержки, ключом (схема совпадения по терминологии а.с.) счетчиком, дешифратором и индикаторным блоком, причем, первый импульсный датчик углового положения вала подключен к одному из входов пер вой схемы совпадения, дополнительный импульсный датчик углового положения 1О вала подключен к одному из входов второй схемы совпадения, второй импульсный датчик углового положения вала подключен к другому входу схем совпадения, выход первой схемы совпадения соединен через последователь-.. но соединенные элемент задержки и ключ с одним из входов счетчика, выход которого через дешифратор соединен с индикаторным блоком, выход второй схемы совпадения подключен к другому входу счетчика и к одному из входов триггера, другой вход которого соединен с импульсным датчи.ком момента начала удара, установлен- ным на корпусе вибромашины, а выход триггера соединен с соответствующим входом ключа и индикаторного блока. Датчик фазового положения дебаланса имеет диск, вращающийся совместно с валом дебалансного или эксцен грикового возбудителя колебаний. Во внешней окружности диска строго с заданным угловым интервалом размещены ферромагнитные выступы. Рядом с этими выступами установлены дополнительные выступы с интервалами меньшими С аналогичными угловыми интервалами на корпусе машины неподвижно устанавливаются бесконтактные (например, 40 индуктивные) датчики, которые выдают импульсы напряжения в моменты прохождения выступов диска (2). Однако такое устройство не позволяет получить высокую точность измерения фазы, а соответственно не позволяет получить стабильности частоты и фазы сейсмических волн. Подобное устройство измерения фазы и частоты, имеющее сто щестьдесят выступов на l диске, позволяет получить стабильность фазы и частоты сейсмоизлучения измерения этих параметров с точ ностью три знака, что вдвое меньше требуемой точности измерения. Чтобы получить -,ðåáóåìóþ точность в 5-6 знаков в диапазоне частот сейсмических колебаний 1-10 Гц, необходимо на диске установить 10 выступов, что нереально. Целью изобретения является повышение точности устройства, что позволяет повысить точность измерения фазы и частоты вала дебалансного возбудителя колебаний, и упрощение конструкции. . Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для измерения фазы и частоты вала дебалансного возбудителя колебаний, содержащее импульсный датчик положения вала, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов совпадения, первый счетчик импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, а также триггер и индикатор, дополнительно содержит генератор импульсов и последовательно соединенные элемент 2И-ИЛИ-НЕ, второй счетчик импульсов и третий элемент совпадения, выход которого подключен к второму входу первого счетчика импульсов, а первый вход — к первому выходу триггера, к.второму входу первого элемента совпадения и к первому входу элемента 2И-ИЛИ-НЕ, первый вход триггера соединен с вторым выходом второго счетчика импульсов, а второй вход и второй выход — с вторым входом элемента 2И-ИЛИ-НЕ, третий и четвертый входы которого подключены к выходу импульсного датчика положения вала, выход генератора импульсов связан с входом импульсного датчика положения вала и с вторым входом второго элемента совпадения, выход которого соединен с вторым входом второго счетчика импульсов, а вход индикатора подключен к выходу первого элемента совпадения. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — эпюры напряжений на элементах генератора импульсов. Устройство содержит импульсный генератор 1, импульсный датчик положения вала 2 и измерительную схему 3. Импульсный генератор выполнен на первом 4 и втором 5 ключах, например на логических элементах И-НЕ, и кварцевом резонаторе 6, включенном между ключами 4 и 5. Ключи связаны между собой через элемент задержки, выполненный, например, на конденсаторе 7 и резисторе 8. Вход ключа 5 также связан с резистором 9. Для развязки 3664 Ь измерительной схемой 3, и диска с 1о 1$ го 2S зо 35 ао S5.94 ключей 4 и 5 с импульсным 4атчиком 2 выход первого ключа 4 связан с входом третьего ключа 10, а выход его связан с конденсатором 11. Импульсный датчик положения вала 2 выполнен на светодиоде 12 с инфракрасным излучением, фотодиоде 13 и содержит диск с флажком (не показан), установленный на валу электропривода возбудителя колебаний. Светодиод 12 подключен к конденсатору 11. Измерительная схема 3 содержит первый 14 и второй 15 эле-. менты совпадения, логический элемент 16 2И-ИЛИ-НЕ, второй счетчик импульсов 17 (двоичный),триггер 18, третий элемент совпадения 19, первый счетчик 20 импульсов и индикатор 21. Устройство работает следующим образом. В момент подачи питания на импульсный генератор ключи 4 и 5 находятся в неустойчивом равновесии за счет подачи логического "0" на их входы, из которого схема, за счет обратной связи, скачком переходит в одно из квазиустойчивых состояний, момент 1 на эпюре напряжений. При этом состоянии ключ 5 закрыт, значит на его выходе высокий уровень, соответствующий логической "1". В связи с этим начинается заряд конденсатора 7 до. напряжения логической "1". При этом напряжение возрастает по экспоненциальному закону. В момент 2, когда напряжение на конденсаторе достигает величины логической "1", ключ 4 закрывается, на его выходе высокий уровень напряжения. Замыкается петля обратной связи через кварцевый резонатор Ь, происходит опрокидывание схемы в противоположном направлении, схема переходит во второе квазиустой% чивое состояние, во время которого происходит "разряд" конденсатора 7, и в момент времени 3, когда напряжение на конденсаторе снизится до уровня логического "0", схема возвращается в исходное состояние. Таким образом, переключением ключей 4 и 5 происходит генерирование импульсов, ко-торые с выхода ключа 4 поступают на ключ 10, конденсатор 11, на светодиод 12, которые обеспечивают развязку генератора импульсов от нагрузки, импульсного датчика положения вала. Импульсный датчик содержит светодиод с инфракрасным излучением, подключенным к конденсатору 11 генератора импульсов 1, фотодиода, связанного с флажком, закрепленного на валу эпектропривода возбудителя колебаний. Диск. представляет собой круг из тонкого металла, например дюраля, и имеющий прямоугольный выступ (флажок) или несколько флажков равномерно распределенных по периметру круга. Коли" чество флажков определяется способом обработки информации. Флажок диска вращается вместе с валом электропривода между светодиодом и фотодиодом, определяя начало отсчета. При прохождении вала электропривода возбудителя колебаний через начало отсчета флажок диска закрывает зону облучения фотодиода 13 от светодиода 12, При этом первым входом элемента совпадения 15 разрешается заполнение импульсами двоичного счетчика 17 от генератора импульсов 1 через второй вход элемен-. та совпадения 15 и счетный вход двоичного счетчика 17 импульсов. Выход третьего разряда счетчика 17 устанавливает через счетный вход триггер 18 в исходное положение, при котором сигнал с прямого выхода, подключенного к первому входу элемента совпадения, и импульс переполнения с четвертого разряда счетчика 17 импульсов, поступающий на вход элемента совпадения 19, устанавливает счетчик импульсов 20 в ноль, а также сигнал с прямого выхода триггера 18 разрешает прохождение импульсов через элемент совпадения 14 от фотодиода 13, подключенного к входу элемента совпаде. ния 14. Время подготовки измерительной схемы 3 значительно меньше времени перекрывания зоны изпученияфлажком и может изменяться угловым размером флажка. При освобождении флажком зоны излучения импульсы со светодиода 12 принимаются фотодиодом 13 и от него поступают на счетный вход счетчика импульсов 20 и индикатор 21 через первый вход элемента совпадения 14. Импульсы от фотодиода поступают также на входы логического элемента 16, и в зависимости от состояния триггера 18 срабатывает одна из двух схем совпадения элемента 16 и устанавливает ",âoè÷íûé счетчик импульсов 17 в ноль. Логический элемент 16 также защищает счетчик импульсов 17 от ложного заполнения во время измерения фазы и частоты измерительной схемой 3 и во время передачи или считывания инфор943664 7 нации. При очередном перекрывании флажком зоны облучения фотодиода 13 светодиодом 12 счетчик 17 снова заполняется, и импульс третьего разряда переводит триггер 18 благодаря связи инверсного выхода триггера 18 с входом D в обратное исходному состоянию. Сигнал с прямого выхода триггера 18 запрещает прохождение импульсов с фотодиода 13 на счетчик 20, а :1о также дает команду ЭВМ на считывание информации со счетчика 20. При этом с инверсного выхода сигнал поступает на второй элемент совпадения логического элемента 16, на вход 0 триггера, ю 18, этим самым подготавливая, в первом случае, установку в ноль двоичного счетчика импульсов 17 и во втором случае - установку триггера 18 в исходное состояние при очередном пере- )p крытии флажком зоны излучения импульсного датчика положения вала 1. Индикатор 21 позволяет измерять частоту дебаланса и представляет собой частомер-хронометр, включенный в ре- у жим счета импульсов. Генератор импульсов 1, работая на частоте 10— 10 Гц, позволяет получить точность измерения фазы дебаланса возбудителя колебаний с точностью пять-шесть зна- в ков и соответственно при сшиб®е позволяет управляющему устройству (ЭВМ), получающему точную информацию, вывести соответствующее управляющее воздействие на электропривод для обеспечения стабильности частоты и фазы во времени. Изобретение позволяет довести. точность измерения до 5- 10 знаков и соответственно обеспечить точность управления пять знаков. Извест- ное техническое решение обеспечивает точность измерения в три знака и соответственно точность управления порядка двух знаков. Формула изобретения Устройство для измерения фазы и частоты вала дебалансного возбудителя колебаний, содержащее импульсный датчик положения вала,- выход ко" торого подключен к первым входам nepaoro и второго элементов совпадения, первый счетчик импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, а также триггер и индикатор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит генератор импульсов и последовательно соединенные элемент 2И-ИЛИ-НЕ, второй счетчик импульсов и третий элемент совпадения, выход которого подключен к второму входу первого счетчика импульсов, а .первый вход - к первому выходу триггера, к второму входу первого элемента совпадения и к первому входу элемента 2И-ИЛИ-НЕ, первый вход триггера соединен с вторым выходом второго счетчика импульсов, а вторые вход и выход - со вторым входом элемента 2И-ИЛИ-НЕ, третий и четвертый входы которого подключены к выхоДу импульсного датчика положения вала, выход генератора импульсов связан с входом импульсного датчика положения вала и с вторым входом второго элемента совпадения, выход которого соединен с вторым входом второго счетчика импульсов, а вход индикатора подключен к выходу первого элемента совпадения. Источники информации, принятые .во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 251433, кл. G 05 В 11/26, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР 652540, кл. G 05 0 19/02, 1976 (прототип). 943664 Pug/ Составитель Л.Цаллагова Редактор Л.Повхан Техред 3. Палик КоРРектоР В.Бутяга Заказ 5106/53 Тираж 914 Подлисное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раувская яаб., д.4/5 филиал РПП "Патент", r.Óârîðîä, ул.Проектная, 4
