Устройство для измерения скорости вращения вала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИ:( 19) ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛЬСТВУ ПИС ВТОРСКОМ РОС едназначено дляения скорости вра ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода(56) Патент США У 3750128,кл. 340-263 (С. 01 Р 3/48), 1973.Комплекс управления тяговым электроприводом магистрального электро., вода с асинхронными тяговыми двигателями, Отчет, У Г. 01.85,0015200,1984, с. 157-164.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА(51)4 С 01 Р 3/48, 3/5 щения валов различных машин, Цельизобретения - уменьшение погрешностиизмерения скорости вращения вала вусловиях воздействия интенсивныхэлектромагнитных помех, При воздействии импульсных помех на входе делителя 7 с переменным коэффициентом деления возникают ложные импульсы, несвязанные с вращением вала, а на выходе формируется сигнал, который перебрасывает триггер 8 в другое положение, Это приводит к изменению состояния ключей 4 и 5 на противоположное. Следующие сбрасывания триггера8 под воздействием шумов происходятпосле появления ложных импульсов на,выходе фазового детектора 3. На каждое определенное количество импульсных помех происходит лишь ОднО ложное срабатывание триггера 8, 4 ил,1315904 Изобретение относится к измерительной технике и предназначено длявысокоточного измерения скорости вра.щения валов различных машин, например вала асинхронного тягового двигателя магистрального электровоза.Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения скоростивращения вала в условиях воздействияинтенсивных электромагнитных помех,На фиг, 1 приведена структурнаясхема предлагаемого устройства; наФиг, 2 - структурная схема Фазо:вогодетектора; на фиг, 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу фазового де.тектора; на фиг. 4 - эпюры напяжений,поясняющие работу устройства для измерения скорости вращения вала приотсутствии и наличии помех,Устройство содержит индуктивнотрансформаторный датчик 1, соединенный с валом, генератор 2 опорногонапряжения, Фазовый детектор 3, Выходгенератора 2 опорного напряжения подсоединен к соответствующим входамдатчика 1 частоты вращения и фазового детектора 3, второй вход которогосоединен с выходом датчика 1 частотывращения. Устройство содержит такжедва ключа 4 и 5, входы которых соединены с соответствующими выходами Фазового детектора 3, два делителя би 7 частоты с переменным коэффициентом деления, счетные входы которыхсоединены с выходами ключей 4 и 5,КБ-триггер 8, подключенный К- и Бвходами к выходам делителей б и 7частоты, Выходы триггера 8 соединеныс управляющими входами ключей 4 и 5,Устройство снабжено счетчиком 9,счетный вход которого соединен с соответствующим выходом триггера 8, генератором 10 импульсов сброса, соединенным выходом с входом установки на"0" счетчика 9, датчиком 11 грубогоизмерения скорости вращения, сочлененным с валом, и формирователем 12коэффициента деления. Вылод датчика11 через формирователь 12 коэффициента деления соединен с установочнымивходами делителей 6 и 7 частоты с переменным коэффициентом деления.Датчик 1 частоты вращения (ДЧВ)предназначен для формирования фазоманипулированных электрических сигналов с синусоидальным заполнением, количество которых пропорционально измеряемой скорости вращения. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 2Фазовый детектор (ФД) 3 предназначен для выделения выходных сигналов ДЧВ 1, синфазных или противофазных по отношению к напряжению генератора опорного напряжения (ГОН) 2, и разделения их по двум выходам для управления КБ-триггером.ФД 3 (Фиг. 2) содержит усилитель- ограничитель 13 дифференцирующую схему 14, селектор 15 полярности, инвертирующий 16 и неинвертирующий 17 усилители, двухвходовые логические элементы И 18 и 19,усилитель-ограничитель 20. Дифференцирующая схема (ДЦ) 14 служит для Формирования импульсов в момент прохождения входного сигна,ла через нуль. Селектор полярности (СП) 15 предназначен для распределения выходных сигналов ДЦ 14 по двум каналам в зависимости от их полярности.На фиг. 3 р и В - напряжения на выходах ДЧВ 1 и ГОН 2 при вращении ротора ДЧВ; б и ъ - напряжения на выходе усилителей-ограничителей 13 и 20; д - импульсы на выходе ДЦ 14; Р и Ж - импульсы на выходе неинвертирующего 17 и инвертирующего 16 усилителей;и и - импульсы на первом и втором выходах схем И 18 и 19,При синфазности напряжений ДЧВ и ГОН в интервале времени С - С; (фиг, 4 а и в) на первом выходе схемы И 18 формируется "гребенка" импульсов с периодом повторения Т р (фиг, 4 ). Следующая "гребенка" импульсов (фиг4 и ) формируется на втором выходе схемы И 49 при противофазности напряжений ДЧВ 1 и ГОН 2 в интервале времени 1. - С (фиг. 4 а и О ).Делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) представляет собой делитель частоты, коэффициент деления которого может изменяться в заданном диапазоне посредством внешнего управления от формирователя 12 коэффициента деления, Второй и четвертый входы служат для подачи на них кода числа.равного коэффициенту деления, от Формирователя 12 коэффициента деления и подключены к его выходу, Выходы делителей 6 и 7 частоты соединены с К- и Б-входами КБ-триггера З,который управляет работой ключей 4 и 5. Один из выходов КБ-триггера 8 подсоединен к счетному входу счетчика 9, Счетчик 9 служит для счета выходных импульсов триггера 8, 1315904поступающих на его счетный вход в течение длительности периода повторения Т генератора 10 импульсов сброса. Другой вход счетчика 9 служит для установки на "0" показаний счетчика при появлении на нем имйульса генератора 10. Генератор 10 предназначен для периодической установки на "0" счетчика 9 и формирует импульсную последовательность сигналов с перио дом повторения Т, Выход генератора 10 соединен с входом установки на "0" счетчика 9.Датчик 11 грубого измерения скорости может быть реализован на осно ве тахометра постоянного напРяжения, установленного, например, в кабине машиниста электровоза. Выход датчика 11 через формирователь 12 коэффициента деления (ФКД) соединен с 20 вторым и четвертым установочными входами ДПКД 6 и 7. ФКД 12 предназначен для преобразования выходного напряжения датчика 11 в код числа, управ.ляющего по второму и четвертому вхо дам коэффициентом деления ДПКД 6 и 7. Алгоритм работы ФКД 12 определяется уравнением имоксИ = вИ 301 и пфгде М. - число, код которого формируется на выходе ФКД привращении вала с угловойскоростью и ,об/с:35М а - максимально допустимая помаксусловиям эксплуатации угловая скорость вращения,об/с;М - количество периодов фазоманипулированного синусоидального сигнала ДЧВ примаксимальной скорости вращения и а за время егосинфазности (противофазнос 45ти) с напряжением ГОН,Уравнение означает, что формируемое число И обратно пропорциональ 1но скорости вращения и50На фиг. 4 показаны: ц - сигналы на первом выходе ФДЗ; Е- сигналы на управляющем входе ключа 4; р - сигналы на втором выходе ФДЗ; ъ - сигналы на управляющем входе ключа 5; 3 и 55сигналы, формируемые на выходах делителей 6 и 7 частоты соответственно; х и - сигналы на выходе триггера 8, подсоединенном к счетчику 9,при отсутствии и наличии помех соответственно. Единичный уровень ("1")на управляющих входах соответствуетоткрытому состоянию ключей 4 и 5,нулевой уровень ("0") - закрытомусостоянию (фиг. 4 б и г).Рассмотрим работу устройства приотсутствии помех на соответствующихвыходах ФД 3 и перемещении ротора ДЧВ1 на один зубец относительно Ш-образного дифференциального трансформатора датчика.После появления на первом выходеФДЗ М импульсов (фиг, 4 а ), следующих с периодом повторения То, на выходе ДПКД 6 формируется импульс(фиг, 4 д), который по К-входу в момент времени С перебрасывает триггер 8 в другое положение (фиг, 4 м ).При этом ключ 4 размыкается по управляющему входу (фиг. 4 б), а ключ5 замыкается (фиг. 4 б и ъ). На выходе триггера 8 формируется перепаднапряжения (фиг, 4), т.е, лри повороте ротора ДЧВ на один зубец и отсутствии шумовых сигналов на выходетриггера 8 формируется одна импульсная отметка, При перемещении роторадатчика 1 за время Т на Н зубцовна выходе триггера 8 аналогично формируется М импульсных отметок, подсчитанных счетчиком 9 за время Тмежду импульсами обнуления генератора 10,При воздействии импульсных помех,возникающих, например, на втором выходе ФДЗ (фиг. 4 8 , момент г. д ), навходе ДПКД 7 возникают ложные импульсы, не связанные с вращением вала,После появления Ищ шумовых импульсов (фиг, 4 м, момент ) на выходе ДПКД 7 формируется сигнал (фиг,4 е, момент ск), который перебрасывает триггер 8 в другое положение(фиг. 4). Это приводит к изменениюсостояния ключей 4 и 5 (фиг. 4 б и ъ)на противоположное. Следующее срабатывание триггера 8 под воздействиемшумов происходит в момент С послепоявления М ложных импульсов напервом выходе ФДЗ (фиг. 4 с), начиная1 шс момента времени+ и т.д. Нафиг. 4показано формирование ложной отметки прохождения зубца ротораДЧВ 1 в интервалах времени С. - .и г- Т . Вместо одной импульсной .отметки (фиг. 4) формируется две,которые подсчитываются счетчиком 9.В дальнейшем работа устройства в зависимости от наличия или отсутствияпомех циклически повторяется. Приэтом на каждые И, импульсных помех происходит лишь одно ложное срабатывание триггера 8. 5 Формула изобретенияУстройство для измерения скорос-, ти вращения вала, содержащее датчик Ю частоты вращения индуктивно-трансформаторного типа, связанный свалом, фазовый детектор, подключенный своим первым входом к выходу датчика частоты вращения, генератор опорного нап ряжения, подсоединенный выходом к соответствующим входам датчика частоты вращения и фазового детектора, КЯ- триггер, счетчик, подсоединенный счетным входом к соответствующему выходу КЯ-триггера, и генератор импульсов сброса, выход которого под 1315904 6ключен к входу установки на "0" счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью уменьшения погрешностиизмерения в условиях воздействия ин"тенсивных электромагнитных помех,оно снабжено двумя ключами, двумя делителями частоты с переменным коэффициентом деления и последовательноподключенными к объединенным установочным входам управления делителейчастоты с переменным коэффициентомделения датчика грубого измеренияскорости вращения и формирователя ко. эффициента деления, при этом счетныевходы первого и второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключены через первыйи второйключи соответственно к первому и второму выходу фазового детектора, а управляющие входы ключей соединены ссоответствующими выходами КЗ-триггера.1315904 РиР д Ю, Мручк Соста хред Л.О актор И. Шулл 7 Тираж 77 бВНИИПИ Государствепо делам изобрет13035, Москва, Ж, Р Заказ 2355/4 Проектная, 4 еское предприятие, г, Ужгород Производственно-полигр орректор В. Бутяг Подписноеного комитета СССРний и открытийушская наб., д. 4/5