Датчик углового положения и скорости вращения вала

)5 6 01 Р 3/4 ТЕ О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Томский институт автоматизировансистем управления и радиоэлектроники(56) Авторское свидетельство СССР(54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯСКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в качестве совмещенного датчика углового положения, скорости и ускорения вращения вала в системах автоматического управления и является усовершенствованием основного изобретения по авт.св. й 1615619.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устрой-ства.На чертеже представлена структурная схема устройства,Датчик углового положения и скорости вращения вала содержит последавательно соединенные генератор 1 импульсов, первый счетчик 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4, первый нуль- орган 5, первый регистр 6, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам первого счетчи- . ка 2, а выходы первого регистра 6 являются выходами кода углового положения вала, а также подключенные к выходу генератора 1 импульсов последовательно соединенные первый ключ 7, второй счетчик 8, второй регистр 9, Вход разрешения записи послед(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве совмещенного датчика углового положения, скорости и ускорения вращения вала в системах автоматического управления. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, Цель достигается за счет введения последовательно соединенных четвертого регистра, блока инверторов и второго сумматора, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный ускорению. 1 ил,его подключен к выходу формирователя 10 задержанных импульсов, входом подключенного к выходу первого нуль-органа 5, вторым выходом подключенного к устано вочному входу второго счетчика 8, а третьим выходом подключенного к одному из входов триггера 11, Второй вход последнего подключен к выходу первого нуль-органа 5, а выход подключен к управляющему входу первого ключа 7К выходу фазовращателя 4 подключен последовательно соединенные фазовый контур 12, второй нуль-орган 13, второй триггер 14, второй ключ 15, третий счетчик 16, третий регистр 17, первый сумматор 18, Вторые входы последнего подключены к выходам блока 19 начальных условий, а выходы первого сумматора 18 являются выходами кода скорости вращения. К выходам второго регистра 9 подключено пороговое, стройство 20, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 21, Сигнальные входы последнего подключены к старшим разрядам второго регистра 9 и первого сумматора 18 соответственно.Устройство содержит также подключенные к выходам основного сумматора последовательно соединенные информационнымивходами четвертый регистр 22, блок 23 инверторов и второй сумматор 24, выходы которого 5являются выходами кода ускорения вращения вала, а вторые входь 1 подключены к вы,ходам первого сумматора 18, Вход записичетвертого регистра 22 подключен к выходупервого нуль органа 5, 10Устройство работает следующим образом,Генератор 1 импульсов формирует по,следовательность импульсов с частотой Г,Счетчики 2 выполняют функцию деления частоты генератора 1, Формирователь 3 опорных сигналов вырабатывает иэ выходныхпериодических сигналов счетчика 2 опорные напряжения фаэовращателя 4 с частотой Ро, равной Рт/й, где й - емкость 20, счетчика 2, Ротор фазовращателя 4 закреп лен на исследуемом валу, в результате, фазавыходного напряжения фазовращателя 4несет информацию об угле поворота вала.Нуль-орган 5 формирует из выходных синусоидальньх сигналов фазовращателя прямоугольные периодические сигналы, пофронту которых осуществляется запись кода счетчика 2 в регистр 6, в котором фиксируется код текущего углового положения ЗОвала.По фронту выходного сигнала нуль-ор гана 5 триггер 11 переходит в нулевое состояние и, воздействуя на управляющий входключа 7, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход счетчика8, Фронт выходного сигнала нуль-органа 5запускает также формирователь 10 задержанных импульсов, который выдает на своем первом выходе импульс через время, 40достаточное для завершения распространения переносов в счетчике 8, По этому импульсу происходит перезап.ись кодасчетчика 8 в регистр 9.Второй импульс формирователя 10 задержанных импульсов, воздействуя на входы предустановки счетчика 8, осуществляетзапись в него кода, соответствующего интервалу времени между фронтом импульсануль-органа 5 и началом импульса на третьем выходе формирователя 10 задержанныхимпульсов, Этот импульс поступает на установочный вход триггера 11 и переводитего в единичное состояние, в результате чего открывается ключ 7 и импульсы генератора 1 вновь поступают на счетный входсчетчика 8,Таким образом, в регистре 9 в началекаждого следующего периода выходногосигнала нуль. органа 5 фиксируется код разности периода Т = Т-ТО, определенной в предыдущем периоде выходного сигнала нуль-органа 5, где Т - период сигнала на выходе нуль-органа 5: То - номинальная длительность периода, т.е. То - 1/Р, При ЛТ (То отклонения частотыпропорционально отклонению периода, код которого фиксируется в регистре 9. Так как счетчик 8 имеет разрядность на единицу большую разрядности счетчика 2, поэтому старший разряд счетчика 8 несет информацию о направлении вращения вала.С выхода фазовращателя 4 гармонический сигнал поступает на.фазовый контур 12. Фазочастотную характеристику фазового контура в диапазоне рабочих частот (при малых отклонениях частоты от номинальной) можно считать линейной, амплитудно- частотная характеристика в этом же диапазоне почти постоянна, Так как фаза колебаний на выходе фазового контура 12 несет информацию о частоте напряжения на выходе фазовращателя 4 и, следовательно, о скорости вращения ротора фаэовращателя 4. Нуль-орган 13 формирует из выходных сигналов фазового контура 12 прямоугольные периодические сигналы, по фронту которых триггер 14 переводится в единичное состояние, пропуская при этом через ключ 15 на счетный вход счетчика 16 импульсы генеоатора 1. Триггер 14 в нулевое состояние нереводипся импульсом с выхода нуль- органа 5, прекращая прохождение импульсов генератора 1 на счетчик 16, В результате, в счетчике 16 будет зафиксировано количество импульсов, пропорциональное фазовому сдвигу сигналов с выходов фазовращателя 4 и фазового контура 12,По фронту задержанного импульса с первого вьхода формирователя 10 задержанных импульсов код с выхода счетчика 16 будет переписан в регистр 17, а затем по фронту импульса с второго выхода формирователя 10 задержаннь 1 х импульсов счетчик 16 будет очищен, подготавливая следующий период обработки сигнала.Выходные разряды регистра подключены к входам первого слагаемого первого сумматора 18, на входы второго слагаемого которого подаются логические потенциалы с выхода блока 19 начальной установки, На выходах блока 19 начальной установки задается код, равный разности емкостей регистра 17 и первого сумматора 18 и кода, зафиксированного в регистре 17 при неподвижном роторе фазовращателя 4. Следовательно, на выходах первого сумматора 18 (без использования сигнала с выхода пере 1 б 95233носа первого сумматора 18) при этих условиях будет зафиксирован код, равный нулю. Соответственно, при вращении фазовращателя 4 на выходе первого сумма" тора 18 будет зафиксирован код, пропорциональный скорости вращения вала. При вращении вала в противоположную сторону код, пропорциональный скорости вращения вала, следует читать в обратном коде,Код знака направления вращения фиксируется на выходе коммутатора 21, управляемого пороговым устройством 20, На входы порогового устройства 20 поступает код грубого отсчета скорости вращения с выходов регистра 9. Если абсолютная величина кода скорости превышает пороговое значение, на выходе порогового устройства будет зафиксирован логический потенциал, который поступает на управляющий вход коммутатора 21, на сигнальные входы которого поступают сигналы с выхода знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости и старшего разряда первого сумматора 18. При скоростях вращения вала, превышающих пороговое значение на выходах кода направления вращения вала через коммутатор 21 проходит сигнал с выхода знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости. Если скорость вращения вала не достигает порогового значения, на выход кода направления вращения поступает код старшего разряда первого сумматора 18, прималых скоростях вращения вала однозначно указывающий направление вращения.С выходов первого сумматора 18 кодскорости вращения поступает на входы второго сумматора 24, а также на информационные входы регистра 22, На вход записи регистра 22 поступает сигнал с выхода нуль- органа 5, по фронту которого информация 5 иэ первого сумматора 18 переписывается врегистр 22. Через интервал времени, определяемый задержкой с первого выхода формирователя 10 задержанных импульсов, в регистре 18 будет зафиксирован код. соот ветствующий текущему значению скоростивращения вала. С выхода регистра 22 код, соответствующий скорости вращения вала в предыдущий отсчет, через блок 23 инверторов подается на вторые входы второго сум матора 24, В результате, на выходе второгосумматора 24 формируется код, пропорциональный разности скоростей в момент текущего и предыдущего отсчетов, Так как интервал времени между отсчетами можно в 20 первом приближении считать постоянным, токод, формируемый на выходе дополнительного сумматора, будет пропорционален ускорению вращения вала.Формула изобретения 25 Датчик углового положения и скорости,вращения вала по авт.св. М 1 б 15619, отл и-ч а ю щ и й с я тем,.что, с целью расширения функциональных воэможчостей устройства в него введены последовательно 30 соединенные четвертый регистр, блок инверторов и второй сумматор, причем к выходам первого сумматора подключены информационными входами четвертый регистр и вторые входы второго сумматора, а 35 вход разрешения записи четвертого регистра подключен к выходу пеового нуль-органа,Подписноеета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС