Цифровой измеритель угловойскорости и ускорения

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических республик(22) Заявлено 27.02.78 (21) 2583132/18-10 6 01 Р 15/080 01 Р 3/54 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(72) Автор изобретения 1 Э.Н. Мастюкин Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И. Калинина(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИИ УСКОРЕНИЯ 25, Изобретение относится к циФровой злектроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров движения и использования в системах автоматического регулирования угловой скорости.Известны устройства, предназначенные для измерения угловой скорости, работа которых основана на измерении периода следования импульсов с импульсного датчика скорости и последующем преобразовании полученного результата в число, пропорциональное угловой скорости. Кроме того, путем вычитания результатов двух соседних интервалов времени измерения с помощью реверсивного счетчика получают величину, пропорциональную приращению угловой скорости 1).Однако данные устройства характеризуются пониженными точностью и быстродействием, суженными функцио": нальными возможностями и недостаточной надежностью.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее импульсный датчик скорости, генератор эталонной частоты, блок управления, блок измерения периода следования импульсов датчика, включающий в се" бя счетчик числа периода, дешиФРатор наименьшего числа периода, счет-, чик числа импульсов датчика скорости и логические схем, блок преобразования периода в величину угловой скорости, включающий в себя управляемый делитель частоты, образованный набором схем И,одни входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика числа периода, а другие - с выходами соответствующих разрядов счетчика числа, пропорционального угловой ско- . рости, и схемой ИЛИ, входы, которой соединены с выходами схем И, а выл ход - со .входом счетчика импульсов выходной частоты делителя, и логические схемы, блок измерения приращения угловой скорости, включающий в себя реверсивный счетчик и логические схемы 21.Недостатками известного устройства являются пойижейййе точность и быстродействие, суженные Функциональные воэможности. Это объясняет.ся тем, что интервал времени измерения в таком устройстве имеет два участка (вторые интервалы времени каждого этапа), в течение которых счетчик числа периода импульсамиобразцовой частоты не заполняетсяи устройство. не регистрирует в этовремя информацию об измеряеМой скорости.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия, расширениеФункциональных возможностей.Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой измеритель угловой скорости и ускорения, содержа-щий импульсный датчик скорости,генератор эталонной частоты, соединенный через ключ со входом счетчикачисла периода,второй ключ, наборсхем И,одни входы .которых соединеныс выходами соответствующих разрядовсчетчика числа периода, а выходы ;со входами схемы ИЛИ, счетчик числа импульсов датчика скорости и блокизмерения приращения угловой скорости, введены три регистра памяти,делитель частоты и элемент стабилиэации интервала времени измерения, одинвход которого подключен к выходусоответствующего разряда счетчикачисла периода, другой вход, соединенный со входом счетчика числа импульсов датчика скорости и входом второгоключа, подключен к выходу датчика скорости, а выход соединен с третьим входом первого ключа, со входами, первого и второго регистров памяти и совходом блока измерения приращенияугловой скорости, другой вход которого соединен с выходом первого ключа, при этом другой вход первого регистра памяти, соединенный со входомтретьего регистра памяти, подключенк выходу счетчика числа периода, авыход - к другим входам набора схемИ, выход третьего регистра памятиподключен к третьему входу блока измеренияприращения угловой скорости, 40а другой вход третьего регистра памяти, соединенный со входом второго ключа и с четвертым входом блока измерения приращения угловой скорости,подключен к выходу второго. регистрапамяти, другой вход которого соединенс выходом счетчика числа импульсовдатчика скорости, а третий вход через ,делитель частоты и второй ключ -с выходом схемы ИЛИ.50На чертеже показана блок-схемапредлагаемого измерителя угловойскорости и ускорения,. Измеритель содержит импульсный дат-чик 1 скорости,генератор 2 эталоннойчастоты, ключ 3, элемент 4 стабилиэации интервала времени измерения,счетчик 5 числа периода, счетчик бчисла импульсов датчика скорости,набор 7 схем И, схему 8 ИЛИ, регистры 9-11 памяти, делитель 12 частоты,.блок 13 измерения приращения угловойскорости, ключ 14, счетчик 15, регистр 16 памяти и второй ключ .17.Измеритель работает следующимобразом. б 5 В исходном состоянии ключ 3 закрыт, триггер 4 (элемент 4) находится в состоянии "1". Ближайший импульс с выхода датчика 1 своим задним фронтом производит сброс в нулевое состояние счетчиков 5 и 6 (устройство сброса не показано) и открывает ключ 3, Начинается заполнение счетчика 5 импульсами эталонной частоты 1 о с ге-нератора 2 и счетчика 6 импульсами с выхода датчика 1. По истечении заданного времени Т на выходе соответствующего разряда счетчика 5 появляется импульс, который устанавливает тригер 4 в состояние "О". Далее заполнение счетчика 5 импульсами эталонной частоты происходит в течение времени дс до прихода ближайшего импульса с выхода датчика 1. Этот импульс своим передним фронтом опрокидывает триггер 4 в состояние "1". В момент перехода триггера 4 из состояния "О" в состояние "1" его выходной сигнал (передний фронт), снимаеьий с прямого выхода, .закрывает ключ 3 и производит перепись числа счетчика 5 в регистр 9 памяти и числа счетчика 6 н обратном коде в регистр 11 памяти. Этот же сигнал производит перепись.в обратном коде числа регистра 10 памяти в счетчик 15 блока 13 измерения при- ращения угловой скорости (о котором сказано ниже). Очередной интервал времени измерения начинается с приходом заднего фронта того же импульса с датчика 1,который производит обнуление счетчиков 5 и б и открывает ключ 3, после чего начинается заполнение соответствующими импульсами счетчиков 5 и 6, а также счетчика 15 импульсами эталонной частоты.Таким образом, в предлагаемсм измерителе имеется заданное время Т, определяемое соответствующим количеством разрядов счетчика 5, по истечении которого ближайший импульс с датчика 1 скорости заканчивает интервал времени измерения Т. Обеспечивая в нижнем диапазоне изменения скорости п)1 (и растет пропорционально росту скорости), имеем во всем диапазоне изменения скорости интервал времени измерения Т собес, В конце каждого интервала времени измерения в счетчике 5 записывается пропорциональное периоду Т число й,(,Т бьТ, а в счетчике б - число иТ/Тгде Т - период;Т- интервал времени измерения.Эти числа однозначно определяют угловую скорость при минимальной погрешности измерения ее по периоду (погрешности дискретности). Число й постоянно находится в регистре 9 памяти, который совместно со счетчиком 5 числа периода, набором 7 схем И и схемой 8 ИЛИ образуют управляемыйделитель частоты. При этом счетчик 5 служит делителем частоты, на вход которого поступает частота Го, а регистр 9 памяти задает частоту на выходе управляемого делителя частоты ,на выходе схемы 8 ИЛИ)Ял К,пто,где йп, - максимальная емкость счетчика 5 и регистра 9.Частота ГГ = 1/Т измеряемой частоты с выходадатчика 1 скорости и приблизительно постоянна,. так как пТ = Т: сопкой. Если частоту Г послать на вход делителя частоты с коэффициентом деления и, то на его выходе получим частоту Г =, Т/й,. Период этой частоты Т=Гй,/1. прямо пропорционален измеряемой частоте и, соответственно, угловой скорости. Эаполняя этот период импульсами эталонной частоты, получаем число,пропорциональное угловой скорости. С целью повышения точности преобразования целесообразно, увеличить период Т путем деления частоты Г вто 2 2 рым делителем частоты с коэффициентом деления К. Тогда на выходе второго делителя чатоты получаем период следования импульсов Т =1 МК /Го .В предлагаемом измерителе вторым делителем частоты служит делитель 12, а первым - регистр 11 памяти, в который в обратном коде переписывается число п из счетчика 6. После появления на входе регистра 11 памяти п импульсов с выхода делителя 12 частоты, во всех десятичных разрядах регистра 11 записывается число "9". В момент появления девяток" во всех разрядах регистра 11 памяти сборка "девятокф не,показана) на его выходе появляется импульс, который заканчивается преобразованием числа, пропорционального периоду Т, в,число; пропорциональное угловой скорости (и, а также формированием числа, пропорционального угловому ускорению Ь в/Ьс. Этот процесс преобразования происходит одновременно с процессом измерения периода.В качестве счетчика, заполняемого импульсами образцовой частоты в течение времени преобразования Т, служит также счетчик 5 числа периода. К началу каждого последующего интервала времени измерения Т в регистрах 9 и 11 памяти находятся соответственно числа й и в обратном коде и, полученные в предыдущем интервале. Счетчики 5 и 6 находятся в нулевом состоянии. Ключи 3 и 14 открыты. Происходит заполнение счетчиков 5 и 6 соответствующими импульсами и формирование частоты 1 на выходе схемы 8 ИЛИ, импульсы которой через ключ 14 и делитель 12 частоты поступают на вход регистра 11. По истечении времени Т на выходе регистра11 появляется импульс, который закрывает ключ 14. Этот ключ остается закрытым до тех пор, пока в регистре 11 будут оставаться "девятки"т.е. до окончания интервала времени измерения, когда в. регистр 11будет переписано в обратном коденовое число и из счетчика 6. Этотимпульс на выходе регистра 11 производит пеоепись числа, содержащегосяв счетчике 5 к моменту окончаниявремени Т, в регистр 10 памяти. Эточисло йщ = Е Т = Гй К/ пропорционально угловой скорости е. Учитывая,что Г = Ею/2 к (где Е - число зубцов15 датчика скорости), получаемвО М Го 21/й, К 2. Варьируя при заданном М параметрами К, Е и 1 о,в регистре 10 памяти постоянно, имеется цифровой отсчет в единицах угло 2 О вой скорости с десятичным коэффициентом кратности.Блок 13 измерения приращения угловой скорости содержит счетчик 15,регистр 16 памяти и ключ 17. В концекаждого интервала времени измеренияТ выходной импульс триггера 4 переписывает в обратном коде число М изрегистра 10 в счетчик 15. С началомочередного интервала времени измерения и одновременно времени преобразования импульсы образцовой частоты через открытый ключ 17 поступа.ют на вход счетчика 15. По истечении времени выходной сигнал регистра 11 памяти закрывает ключ 17 ипереписывает число из счетчика 15.в регистр 16 памяти в прямом илиобратном коде. Ключ 17 остается закрытым до окончания времени Т, Есличисло йц, импульсов, поступивших на4 О вход счетчика 15 в течение времениТ, равно или меньше числа йц полу-ченного эа предыдущий интервал времени измерения, то в счетчике 15записывается соответственно или число,45содержащее "девятки" во всех десятичных разрядах счетчика,или число,равноеразности между "девятками" и числомд М 1 й - Мц,. В этом случае числоиз.счетчика 15 переписывается в ре".гистр 16 памяти в обратном коде.Если Нм ) йе, пеРепись осУЩествлЯется в йрямом коде. Вид кода определяет знак Мам.1Таким образом, в регистре 16 памяти постоянно. находится числоЬйщ ь,нЕ,К/ 2 ж,где АШ щ-щ- величина, пропорциональная приращению угловой скоростиза интервал времени измерения.Разделив правую и левую частьб 0 этого выражения на время Т и учи"тывая, что Т соивс, получаем, чтоугловое ускорениеЬ(и/ЬййМЦТд МцуЕО 2/МФКЕТфпропорционально числу д Ми содерб 5 жащемуся в регистре 16 памяти.817593 формула изобретения ИИПИ Заказ 1337/59 Тираж 907 Подписное кал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 При работе предлаг:.емого цифрового измерителя угловой скорости и ускорения измерение скорости по периоду и преобразование периода в угловую скорость ведется одновременно каждый раэ в течение одного заданного постоянногоинтервала времени измерения. При этом заполнение счетчиков импульсами соответствующих частот происходит в течение всего ,интервала времени измерения или преобразования, что повышаетточность и быстродействие измерителя. 5Цифровой измеритель угловой скорости и ускорения, содержащий импульсный датчик скорости, генератор эталонной частоты, соединенный через ключ со входом счетчика числа пери О ода, второй ключ, набор схем И, одни входы которых соединены, с выхрдамк соответствующих разрядов счетчика числа периода, а выходы - со входами схемы ИЛИ, счетчик числа импульсов 25 датчика скорости и блок измерения приращения угловой скорости, о т - л к ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и расшйрения функциональных воэможноствй, в него введены три ре- ЗО гкстра памяти, делитель частоты к элемент стабилизации интервала вре. - мени измерения один вход которого подключен к выходу соответствующего разряда счетчика числа периода, другой вход, соединенный со входом счетчика числа импульсов датчика скорости и входом второго ключа, подключенк выходу датчика скорости, а выходсоединен с третьим входом первогоключа, со входами первого и второгорегистров памяти и со входом блокаизмерения приращения угловой скорости, другой вход которого соединенс выходом первого ключа, при этомдругой вход первого регистра памяти,соединенный со входом третьего регистра памяти, подключен к выходусчетчика числа периода, а выходк другим входам набора схем И, выходтретьего регистра памяти подключенк третьему входу блока измеренияприращения угловой скорости, а другой вход третьего регистра памяти,соединенный со входом второго ключаи с четвертым входом блока измеренияприращения угловой скорости, подключен к выходу второго регистра памяти, другой вход которого соединенс выходом счетчика числа импульсовдатчика скорости, а третий входчерез делитель частоты и второйключ - с выходом схемы ИЛИ. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 168948, кл, С 01 Р 03/54, 1965.2. Авторское свидетельство СССР9 488141, кл. О 01 Р 11/00, 1975