Цифровое устройство для измерения ускорения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 Р 15,ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОВСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 8.8)видетельство СССР 01 Р 15/08, 1977. ТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕйбиил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Львовский политехнический инсттут им.Ленинского комсомола(54) ЦИФРОВОЕ УСНИЯ УСКОРЕНИЯ(57) Изобретение может быть использовано для измерения ускорения объетов, величина скорости которых представлена в виде частотного гармонического сигнала. Цель иэобретения -повьппение точности измерений. Устроство содержит частотный датчик 1скорости вращения, формирователь 2импульсов скважности, генератор 3 оразцовой частоты, формирователь 4импульса сброса, блок 5 управления,ЯО 1332232 А 1 реверсивные счетчики 6 и 7; формирователь 8 импульса заданной длительности, триггеры 9 и 1 О, индикатор11 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12.Введение новых элементов и образование новых связей между элементамиустройства позволяет фиксироватьвременной интервал длительностью,пропорциональной скорости изменениячастоты, т.е. ускорению. Он можетизмеряться электронно-счетным частотомером в режиме измерения временного интервала или при его квантованииимпульсами масштабирующей частоты.Индикатор знака в зависимости от очередности срабатывания триггеров 9и 10 укажет знак измеряемого ускорения. С обнулением реверсивных счетчиков 6 и 7 задним фронтом на выходе элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12включается формирователь 4 импульса.сброса, подготавливающи" схему кочередному измерению. 21 133Изобретение относится к приборостроению и может быть использованодля измерения ускорения объектов,величина скорости которых представлена в виде частотного гармоническогосигнала.Цель изобретения - повышение точности измерений.На фиг. приведена структурнаясхема цифрового устройства; нафиг.2 - функциональная схема блокауправления.Цифровое устройство для измеренияускорения содержит частотный датчик1 скорости вращения, формирователь 2импульсов измеряемой частоты, генератор 3 образцовой частоты, формирователь 4 импульса сброса, блок 5 управления, первый реверсивный счетчик 6,второй реверсивный счетчик 7, формирователь 8 импульса заданной длительности, первый триггер 9, второй триггер 10, индикатор 11 знака и элементИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12Выход датчика 1 скорости, вход которого является входом цифрового устройства, подключен к входу формирователя 2 импульсов измеряемой частоты,выход которого соединен с вторымвходом блока 5 управления, первыйвход которого соединен с выходомформирователя 8 импульсов заданнойдлительности, информационные входыкоторого соединены с разрядными выходами первого реверсивного счетчика6,Третий вход блока 5 управлениясоединен с генератором 3 образцовойчастоты, а четвертый - с первым выходом формирователя 4 импульса сбросаи входами установки нулевого положения первого 9 и второго 10 триггеров и формирователя 8 импульса заданной длительности,Второй выход формирователя 4 импульса сброса соединен с входами установки нулевого положения первого6 и второго 7 реверсивных счетчикова первый вход - с кнопкой "Пуск",второй вход - с выходом цифровогоустройства и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 12, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами индикатора 11знака и прямыми выходами первого 9и второго 10 триггеров, входы установки единичного состояния которыхсоединены с выходами обратного пере 2237 2 носа первого 6 и второго 7 реверсивных счетчиков, суммирующие и вычитающие входы которых соединены с выходами блока 5 управления.Блок 5 управления (фиг.2) содержит элемент НЕ 13, элемент И 14,одновибратор 15, два Р-триггера 16и 17 и элементы И-НЕ 18-21.Первый вход блока 5 управлениясоединен с Р-входом триггера 16, а 10 второй вход - с входом элемента НЕ 13 и первым входом элемента И-НЕ 20, выход которого соединен с выходом блока 5 управления, а второйвход соединен с прямым выходом 20 25 ЗО35 40 45 50 55 триггера 17 и вторым входом элемента И-НЕ 18, выход которого соединен с выходом блока 5 управления, а первый вход - с третьим входом блока 5 управления и первым входом элемента И-НЕ 19, выход которого подключен к выходу блока 5 управления, а второй вход соединен с вторым входом элемента И-НЕ 21 и прямым выходом триггера 16, инверсный выход которого соединен с Р-входом триггера 17 и входом одновибратора 15, выход которого соединен с входом блока 5 управления и Р-входом триггера 16, динамический вход которого соединен с выходом элемента НЕ НЕ 13, динамическим входом триггера 17 и первым входом элемента И - НЕ 21, выход которого является выходом блока 5 управления, причем выход элемента И 14 соединен с К-входом триггера 17.Цифровое устройство измерения ускорения вращения работает следующим образомВ зависимости от режима вращения объекта возможны три варианта измерения, когда ускорение вращения Е =О, Г) 0 и Г с О. В первом режиме уско - рение отсутствует, во втором режиме ускорение имеет положительный знак, в третьем - отрицательный знак,В начале работы сигнал "Пуск" поступает на вход формирователя 4 импульса сброса. Единичный импульс сброса с выхода формирователя 4 и инверсный с выхода формирователя 4 устанавливают триггеры 16 и 7С выхода датчика 1 импульсы с частотой следования Г, пропорциональные скорости вращения, через формирователь 2 поступают на вход блока 5 управления. Инвертированные5 элементом НЕ 13 (фиг.2) импульсы частоты Г поступают на динамические входы триггеров 16 и 17, так как на О-входе триггера 17 присутствует единичный уровень, то триггер 17 с поступлением переднего фронта инвертированного импульса измеряемой частоты устанавливается в единичное состояние и единичный уро вень поступает на вторые входы элементов И-НЕ 18 и 20. Триггер 16 остается в исходном состоянии, так как на его О-входе присутствует нулевой потенциал формирователя 8, поступающий с его выхода на вход блока 5 управления.Импульсы генератора 3 образцовой частоты через вход блока 5 управле ния поступают на первые входы эле ментов И-НЕ 18 и 19. Элемент И-НЕ 18 открыт, поэтому эти импульсы через выход блока 5 управления поступают на вход суммирования счетчика 6, Начинается формирование заданного времени 1и первого временногоЗаДинтервала С, .Импульсы измеряемой частоты Г через открытый элемент 20 (выход блока 5 управления) начинают поступать35 на суммирующий вход второго реверсивного счетчика 7.С окончанием заданного интервала времени йт.е. при поступлении на вход первого реверсивного счетчика 6 заданного числа импульсов образцовой частоты Г , на выходе формирователя 8 устанавливается единичный уровень, который поступает на О-вход триггера 16 блока 5 управления. Однако режим суммирования счетчиков продолжается до появления надинамическом входе триггера 16 очередного переднего фронта, инвертированного элементом НЕ 13 (фиг.2), импульса измеряемой частоты, который устанавливает триггер 16 в единичное состояние. Через элементы И-НЕ 19 и 21 импульсы образцовой и измеряемой частоты соот . ветственно поступают на вычитающие55 входы реверсивных счетчиков 6 и 7. Одновременно с переключением триггера 16 включается одновибратор 15, который через элемент И 14 устанавлив ает в нулевое состояние триг ге р 17. Прекращается прохождение импульсов образцовой и измеряемой частоты через элементы И-НЕ 8 и 20 соответственно. Триггер 17 (фиг.2) не переключается с поступлением очередного фронта импульса измеряемой частоты, так как на его О-входе присутствует нулевой, уровень.Таким образом, во второй реверсивный счетчик 7 за время суммирования поступает целое число периодов измеряемой частоты, а количество импульсов составляет: где М - количество импульсов, поступившее во второй реверсивный счетчик 7 за время суммирования;Г - среднее значение частоты наХ 1первом временном интервалеизмерения длительностью 1, .Режим вычитания содержимого реверсивных счетчиков 6 и 7 длится до появления импульсов на выходах обратного переноса счетчиков, При этом в зависимости от знака ускорения первым обнуляется счетчик 6 или 7.При положительном ускорении пер"., вым обнуляется второй реверсивный счетчик 7 и на его выходе обратного переноса появляется импульс, устанавливающий триггер 10 в единичное состояние. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 формирует сигнал единичного уровня с момента включения триггера 10 до момента включения триггера 9 при обнулении первого реверсивного счетчика 6.При отрицательном ускорении первым обнуляется счетчик 6. Устанавливается в единичное состояние триггер 9, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 формирует передний фронт положительного импульса, задний фронт которого формируется в момент включения триггера 10, при появлении импульса на выходе обратного переноса второго реверсивного счетчика 7.Таким образом, за время вычитания на вход второго реверсивного счетчика 7 поступает целое число периодов, равное количеству периодов, поступившему в этот счетчик за время суммирования, т.е. Мг= М причемМг= г (2)5где Г - среднее значение измеряекрмой частоты на втором,смежном с первым, временном интервале длительностью СПри:отсутствии ускорения (1=0)При наличии ускорения ( 0,( 0) ЛС - приращение временного интервала измерения.М М 1 +312 1 1 х 2М 2 Гх 1 М 1 Ь 2М 5 (3)Х 1 Х 2 где Так как М, = М = М, выражение, (3) можно записать как:М л 1 х+31 (4)Х 1 к 2где дГ= Г, - Г - абсолютное значение приращения частоты,Фиксируемый временной интервал длительностью а 1 пропорционален скорости изменения частоты, т.е. ускорению, он может измеряться, например, электронно-счетным частотомером в режиме измерения временного интервала или (при его квантовании импульсами масштабирующей частоты) другим прибором, а индикатор знака, в эависимости от очередности срабатывания тоиггеоов 9 и 10, ука-. зывает знак измеряемого ускорения.С обнулением обоих реверсивных счетчиков 6 и 7 задним фронтом импульса на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 включается формировательФ4 импульса сброса, подготавливающий схему к очередному измерению. Формула изобретения . Цифровое устройство для измерения ускорения, содержащее частотный датчик скорости, выход которого соединен с входом формирователя импуль 332237 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 сов измеряемой частоты, генераторопорной частоты, первый и второйреверсивные счетчики, первый и второйтриггеры, формирователь импульсасброса и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,соединенный входами с выходами триггеров, а выходом - с выходом цифрового устройства и входом формирователя импульсов сброса, первый выходкоторого подключен к сбросовым входам триггеров, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышенияточности измерений, в него введеныформирователь импульса заданной длительности, сбросовый вход которогосоецинен с первым выходом формирователя импульса сброса, а информационные входы - с разрядными выходамипервого реверсивного счетчика, выходобратного переноса которого подключен к установочному входу первоготриггера, блок управления, первыйвход которого соединен с выходом формирователя импульса заданной длительности, второй вход - с выходом формирователя импульсов измеряемой частоты, третий вход - с выходом генератора опорной частоты, четвертый входс первым выходом формирователя импульса сброса, второй выход которого соединен со сбросовыми входами реверсивных счетчиков, а первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с суммирующим и вычитающимвходами первого реверсивного счетчика, третий и четвертый выходы - ссуммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, выход обратного переноса которого соединенс установочным входом второго триггера, индикатор знака, одним и другим входами соединенный соответственно с прямыми выходами первого ивторого триггеров и входами элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходом подключенного к второму входу формирователяимпульса сброса, первый вход которого является пусковым входом устройства.1332237Фиг,2Составитель А.Чистяков Редактор А.Ворович Техред М,Дидык Корректор И.Демчик1 Заказ 4311 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4