Цифровой измеритель линейных перегрузок

СОЮЗ СОВЕТСКИХШЗВ ВЮМЕПаРЕСПУБЛИК 01 Р 15 0 Е ИЗОБРЕТЕНСВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСК ство СССР 1977. тво СССР 1979ГОСУДа ОТВЕНКЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОН(71): Лвнинградскйй ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина(54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕЙНЬИ ПЕРЕГРУЗОК, содержащий генератор эталонной частоты и импульсный датчик скорости, выходы которых соединены с входами устройства управления, имеющего вход сигнала начала и конца интегрирования, два счетчика, первые входы которых соединены с выходами устройства управления, и блок уставки радиуса, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия и расширения функциональных возможностей, он снабжен блоками измерения угловой скорости и ускорения,0.1007019 входы которых соединены с выходами устройства управления, третьим счет". ,чиком, первый вход которого соединен с выходом устройства управления двумя делителями частоты, .входы которыхсоединены между собой, и с выходом устройства управления, а выходы - с третьими входами первого и третьего счетчиков, и пятью преобразователями фКодчастотаф, однн вход первого иэ которых соединен с . выходом устройства управления и с одним входом третьего преобразова" теля, а выход через второй н пятый преобразователи - о вторыми входами соответственно первого и третьего. счетчиков, выход третьего преобра- щ зователя через четвертый преобразователь соединен свторым входом второго счетчика, нри этом другие входы преобразователей соединены соответственнофпервого - с выходом блока уставки радиуса, второго - с вы-. Я ходом блока измерения угловой скорости, третьего - с выходом первого счетчика, четвертого - с кодом сом ответствующего числа и пятого - с выходом блока измерения углового ускорения.Изобретение относится к цифровойэлектроизмерительной технике и предназначено для измерения параметровдвижения и использования в системахавтоматического регулирования.Известны цифровые измерителилинейных перегрузок, работа которыхпроисходит за два интервала времени, в течение первого из которыхформируется число, пропорциональноеугловой скорости, а в течение. второго это число преобразуется в интервал времени, заполняемый выходнойчастотой импульсного датчика скорости.Получается число, пропорциональноеквадрату угловой скорости, и,.состветственно, линейному ускорению, создаваемому центробежной установкой.С целью обеспечения соответствия цифрового отсчета величине линейного ускорения при различных расстоянияхцентра тяжести испытываемого объектаот оси вращения в измеритель введенблок уставки радиуса Г 1 .Недостатками этих измерителейявляются пониженные точность и быстродействие, суженные функциональныевозможности.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является измеритель, котоРый содержит генераторыз 0эталонной и тактовой частот, импульсный датчик скорости, выходы которыхсоединены с входами устройства управления, имеющего вход сигнала начала и конца интегрирования и трисчетчика, выходы которых соединены с выходами устройства управления, а выход одного из них через блок уставки радиуса и другого непосредственно - с входами устройства управления, За счет введения в устройство 40 генератора тактовой частоты и счетчика, в измерителе имеется цифровой отсчет, пропорциональный интегралу линейного ускорения 2 .Недостатками известного измерите ля являются пон меженные точность и быстродействие. Это объясняется тем, что измерение линейного ускорения и интеграла линейного ускорения в нем ведется аналогично измерению угловой скорости "по частоте" - заполнение заданного интервала времени импульсами выходной частоты датчика скорости. Достоинством такого измерения является пропорциональность выходной величины измеряемому параметру.Противоположным является измерение угловой скорости "по периоду" заполнение периода выходной частоты датчика скорости импульсами эталон 60 ной частоты, достоинством которого являются повышенные точность и быстродействие, а недостатком обратная пропорциональность выходной величины измеряемому параметру, 65 Действительно, в известном измерителе как в первом, так и во втО- ром интервалах времени соответствующие числа формируются заполнением счетчиков выходными импульсами датчика скорости, Кроме того, необходимость двух интервалов времени для формирования чисел линейного ускорения и его интеграла также понижает точность и быстродействие известного измерителя. Формирование числа интеграла линейного ускорения в известном измерителе ведется последовательным суммированием за каждый такт чисел линейного ускорения. Погрешность дискретности полученного результата и в этом случае будет определяться на "единичной" младшего разряда, а в пределе - числом линейного ускорения, что дополнительно понижает точность измерения интеграла линейного ускорения.Одним из важнейших параметров, характеризующих работу центробежных установок, является градиент линейного ускорения. Этот параметр известным устройством не измеряется, что сужает его функциональные возможности. Цель изобретения - повышение точ-ности и быстродействия и расширение функциональных возможностей измерителя.. Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель линейных перегрузок, содержащий генератор эталонной частоты и импульсный датчик скорости, выходы которых соединены с входами устройства управления, имею- щего вход сигнала начала и конца интегрирования, два счетчика, первые входы которых соединены с выходами устройства управления, и блок уставки радиуса, снабжен блоками измерения угловой скорости и ускорения, входы которых соединены с выходами устройства управления, третьим счетчиком, первый вход которого соединен с выходом устройства управления, двумя делителями частоты, входы которых соединены между собой и с выходом устройства управления, а выходы - с третьими входами первого и третьего счетчиков, и пятью преобразователями "Код в часто",один вход первого из которых соединен с выходом устройства управления и с одним входом третьего преобразователя, а выход через второй и пятый преобразователи - с вторыми входами соответственно первого и третьего счетчиков, выход третьего преобразователя через четвертый преобразователь соединен с вторым входом второго счетчика, при этом другие входы преобразователей соединены соответственно: первого с выходом блока уставки радиуса,второго - с выходом блока измеренияугловой скорости, третьего - с выходом первого счетчика, четвертого - скодом соответствующего числа и пятого - с выходом блока измеренияуглового ускорения. 5На чертеже показана блок-схемапредлагаемого измерителя.Измеритель содержит устройство 1.управления, генератор 2 эталонной частоты, импульсный датчик 3 скорости, 10вход 4 сигнала начала и конца интегрирования, блок 5 уставки радиуса, блок б измерения угловой скорости, блок 7 измерения угловогоускорения, преобразователи 8-12 "Кодчастота", делители 13 и 14 частотысчетчики 15-17 и вход 18 кода соот)ветствующего числа. Выходы счетчиков 15-17 являются выходами измерителя20Входы устройства 1 управления,имеющего вход 4 начала и конца интегрирования, соединены с выходамигенератора 2 эталонной частоты иимпульсного датчика 3 скоРости, а р 5выходы - с входами блоков б и 7измерения угловой скорости и ускорения и с первыми входами счетчиков 15 - 17, входы преобразователей 8 и 10 "Код - частота" соединены .между собой и с выходом устройства 1 управления, а выход преобразователя 8 через преобразователи 9 и 12 соединен с вторыми входами счетчиков 15 и 17, третьи входы которых через делители 13 и 14частоты соединены между собой и с выходом устройства 1 управления, выходпреобразователя 10 через преобразователь 11 соединен с вторым входомсчетчика 1 б, при этом информационные входы преобразователей 8-12 соединены соответственно с выходами блока 5 уставки радиуса, блока б измерения угловой скорости, счетчика. 15,кода соответствующего числа и блока 457 измерения углового ускорения,Измеритель работает следующим образом.На выходе блоков б и 7 с высокимиточностью и быстродействием формируются числа угловой скорости и ускорения. Путем заполнения импульса-ми эталонной частоты Го с выходамигенератора 2 интервала времени Т= пТ, кратного периоду Т(п - коэффициент кратности). следования импульсов с выхода датчика 3 скорости, вблоке б измеряется число периодаМт- - 1 О Т = Т л Т ( 1 Т -сопьй).Подавая это число на информационный входпреобразователя "Код - ана.лог", а на другой его вход частотуГо, получим на его выходе частоту51= Го М. /.М (где М - емкость счетчика преобразователя, период которой после деления ее на число л 65 Т 2 = ТМ/Го пропорционален частотеЯ1=1/Т с выхода. датчика 3 скорости и, следовательно, угловой скорости оэ. Поделив частоту Г,2 = 1/Т на число К и заполняя полученный новый период КТ импульсами частоты получим на выходе блока б (учитывая что Г=2 ы /27 ,где 2 - число зубцов датчика скорости) число, пропорциональное угловой скорости, М :ыКгй,/2 л оКоэффициент К повышает точность преобразования, а его варьированием наиболее просто можно получить десятичный коэффициент кратности между ы и Мц,.Путем взятия разности результатов измерения числа Мщ за два соседних интервала времени Т с помощью реверсивного счетчика в блоке 7 формируетК 2 йся число Я - -пропорциональное угловому ускорению,В блоке 5 уставки радиуса содержится число Мо = ВКо, пройорциональное радиусу В(Ко - коэффициент пропорциональности ). Это число поступает на информационный вход преобразователя 8 "Код - частотаф, на другой вход которого подается через устройство 1 управления эталонная частота Г с выхода генератора 2. Выходная частота преобразователя 8 Г 8 Гойй/М (где й 8 - емкость счетчика преобразователя 8, выбираемая равной максимальному числу М В,КВ) поступает на вход преобразователя 9, на информационный вход которого подается число М .с выхода блока б. Импульсы выходной частоты преобразователя 9 Г 9=Гойййц,/М 8 М 9 (где М 9- емкость счетчика преобразователя 9, полагаем М 9= М, ) поступают на вход счетчика 15 и заполняют его в течение интервала времени К 1 Т. Это время определяется частотой .Г, формируемой в блоке б (см.выше) и поступающей с выхода устройства 1 управления через делитель 13 частоты (с коэффициентом деления К) на другой вход счетчика 15. Таким образом, на выходе счетчика 15 формируется числоККМК =ш 2 р 1 щ,пропорциоо (ах )нальное линейному ускорению И=оРВ, развиваемому центробежной установкой на расетоянии В от оси вращения. Разделив и умножив значение Мц на ускорение силы тяжести 9 , получим то фотносительных единицах значение линейного ускорения.гд и,р (ык,щ в оК ЕЙ5Й йп 4 УГо ЯоЯМО 1пропорциональное градиенту линейного ускорения дЧ/дс 2 со Рдщ/дй. Введя коэффициент 9 о(как и пРи опРеДеле-.нии Ио) по показанию счетчика 17 определим градиент линейного ускорения в относительных единицах 10 20 25 с К К КЕКо г Ф 4 У Хо 30 40 45Алгоритм формирования числа, про-: порционального градиенту линейного ускорения, в предлагаемом измерителе построен на основе его выражения дЫ/дй 2 ы Рды /дй, Число йд ьо/дс, с выхода блока 7 подается на информационный вход преобразователя 12, на другой вход которого поступает частота 1 с выхода преобразователя 3Импульсы выходной частоты преобразователя 12 Йяг УВЙ //Й (где Й 12-1 емкость счетчика преооразователя 12, выбираемая равной максиМальному. числу (Йд, )д)а, поступают на вход счетчика 17 и заполняют его в те" чение интервала времени КТ,2, Это 60 время определяется частотой (как и при формировании числа Щ , поступаю. щей с выхода устройства 1 управления через делитель 14 частоты с ко эффициентом деления КЗ на другой 65 Коэффициент К 1 повышает точность преобразования, а его варьированием наиболее просто можно получить десятичный .коэффициент кратности между Яо и Й(Число Й с выхода счетчика 16: поступает йа информационный вход преобразователя 10 (регистр памяти числа Йц, для простоты на блок-схеме не показан), на другой вход которого подается эталонная частотаВыходная частота преобразова" теля 10 Г 1 О гойю/Й 1 о (гДе Й 10 емкость счетчика преобразователя 10, полагаем й = Й) через преобразователь 11 йодается на вход счетчика 16, которым она интегрируется. С целью перевода относительных единиц линейного ускорения в абсолютные (м/с) необходимо обеспечить отношение.числа, находящегося на информационном входе преобразователя 11, к емкости его счетчика кратным(с коэффициентом кратности Кг . Тогда получим число, формируемое на выходе счетчика 16. где С 1 и 1 г - время поступления сигналов начала и конца интегрированияна вход 4 устройства управления.Соответственно по показанию счетчика16 определится значение интеграла линейного ускорения 2ОрЧ: Ряа:НККгк 2 ,вход счетчика 17. На выходе счетчика 17 формируется число 9 о 2 шйдь/Ю36Р 4 М (дш(В)я= аа/а2 и,о КоэфФициент К повышает точность преобразования, а его варьированием наиболее просто получается десятичный коэффициент кратности между д . иам 1 аОтметим, что Формирование числа 1градиента линейного ускорения возможно и другим путем - взятием раз ности результатов измерения числа йо за два соседних интервалов времени Т(как и при формированиичисла Й, ) Однако исследования покаэалй, что точность измерения в этом случае почти на порядок ниже точности измерения с помощью предложенного алгоритма.Формирование чисел линейного ускорения и его градиента ведется одновременно с формированием чисел уг ловой скорости и ускорения в течение каждого заданного интервала времени измерения Т , которым и определяется быстродействие предлагаемого .измерителя линейных перегрузок, превышающее на один и более порядков быстродействие известных измерителей, Точность измерения чисел линейного ускорения, его.градиента и интеграла обеспечивается заполнением соответствующих интервалов времени (,через преобразователи ) импульсами эталонной частоты и на один и более порядков превышает точность известных .измерителей. Формирование интеграла линейного ускорения ведется непрерывно между сигналами начала и конца интегрирования заполнением счетчика импульсами частоты, пропорциональной линейному ускорению, что дополнительно повышает точность предлагаемого измерителя. Предложенный алгоритм позволил, используя имеющиеся возможности предлагаемого измерителя, простыми средствами и с высокими точностью и быстродействием обеспечить измерение градиента линейного ускорения, одного из .важнейших параметров, ха1007019 рактеризующих движение, и таким образом расширить функциональные возможности цифрового измерителя линейных перегрузок. Обладая высокимиточностью и быстродействием, предлагаемое устройство может найти шиСоставитель Н, Мараховскаяактор О.Половка Техред Л,Пекарь ректор А. Пов одписное ираж 871 ударственного комитетаам изобретений и открытисква, Ж, Раушская наб Т осЗака 5 д филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4. 130/б 8 ВНИИП по 113035, рокое применение не только для целей измерения параметров движения,но и использования его в прецизионных цифровых аналоговых ) системахавтоматического регулирования параметров движения.