Датчик скорости вращения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Я К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 777582 Союз Советских Секиалистических Республик. Е, Чебота 71) Заявите АТЧИК СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ 2 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и дистанционной передачи позиционной информации,Известен датчик скорости ия, содержащий дифференцирующи ья, вращающийся трансформатор, ф детекторы, фйльтры нижних частот иминаторы и выпрямители 1.Основным недостатком его является ограниченный диапазон,Из известных устройств наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик скорости вращения, содержащий сельсин, три фазовых детектора, выходы которых соединены соответственно с входами трех фильтров нижних частот, дифференциатор, выход которого связан через схему выделения модуля с входом выходного фильтра нижних частот, управляющие входы фазовых детекторов подключены к выходу источника опорного напряжения, дешифратор, три компаратора и три ключа, аналоговые входы которых соединены с соответствующими выходами фильтров нижних частот, которые в сочетании из трех по два соединены с соответствующими входами трех компараторов, выходы компараторов соединены с соответвращене звеназовые, дискр е делам изебретеиии (43) Опубликов ствующими входами дешифратора, каждый из трех выходов которого соединен с управляющим входом одного из соответствующих ключей, выходы которых соединены 5 с входом дифференциатора, причем выходные концы трех фазовых обмоток сельсина подключены к входам соответствующих фазовых детекторов в том же сочетании 2.О В основу работы датчика положен принцип определения производной линейной части огибающей, в общем случае пропорциональной синусу угла поворота.Недостатками такого датчика являются 5 ошибка определения скорости вращениявала, обусловленная недостаточной точностью определения границ участков линейно- нарастающего и линейно-подающего напряжений, и сравнительная сложность, О Целью изобретения является увеличениеточности измерения скорости вращения вала за счет уменьшения ошибки определения границ участков линейно-нарастающего и линейно-падающего напряжений при 5 упрощении устройства.Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее сельсин, подключенный к источнику опорного напряжения, три компаратора, выходы которых соединены с О соответствующими входами дешифратора,выход которого подключен к управляющему входу электронных ключей, фазовый детектор, управляющий вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход соединен с входом фильтра нижней частоты, дифференциатор, выход которого связан через схему выделения модуля с входом выходного фильтра нижней частоты, введен блок нагрузки, входы которого подключены к выходам фазных обмоток сельсина, которые подключены также к аналоговым входам электронных ключей и попарно подключены ко входам компараторов, выходы электронных ключей подключены к аналоговым входам 15 фазового детектора, выход фильтра нижней частоты соединен с входом дифференциатора.Такое построение датчика позволило повысить точность измерения скорости вращения и упростить аппаратурную реализацию, что достигается уменьшением ошибки фиксации границ участков линейно-нарастающего напряжений за счет исключения погрешностей, вносимых процессами демодулирования и фильтрации, Определение границ участков напряжений обеспечивается за счет непосредственного сравнения (в сочетании из трех по два) фазных напряжений сельсина на трех компараторах с последующим дешифрированием результата. С целью уменьшения объема аппаратуры обеспечивается коммутация из трех по два непосредственно фазных напряжений сельсина для последующей демодуляции и фильтрования. Последнее позволяет также 25 З 0 35 устранить погрешность, обусловленную разбросом характеристик фазовых детекторов и фильтров нижней частоты, С целью обеспечения симметрии фазных напряже ний применен блок нагрузки, позволяющий стабилизировать работу датчика в разнообразных условиях эксплуатации.На фиг. 1 дана структурная схема датчика; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие 45 его работу.Датчик скоростей вращения состоит из источника 1 опорного напряжения, сельсина 2, блока 3 нагрузки, трех компараторов 4, 5 и 6, дешифратора 7, электронных клю чей 8, фазового детектора 9, фильтра 10 нижней частоты, дифференциатора 11, схемы 12 выделения модуля и выходного фильтра 13 нижней частоты,На фиг, 2 УА, Ув, Ус - огибающие 55 тоех фазных напряжений; УА, Ув и Ус . сельсина 2 (показаны условно пунктиром); а - угол поворота вала (ротора сельсина 2).(ПД (ПД, (Пз) - области существова ния последовательностей Пь П и Пз импульсов на выходе компараторов 4, 5 и 6 соответственно (заштрихован вправо-вверх и вправо-вниз) при сравнении мгновенных значений напРЯжений УА, Ув и /с попаР но между собой. Направление штриховки показывает факт совпадения (вправовврех) и несовпадения (вправо-вниз) по фазе с напряжением Уисточника 1 опорного напряжения. Я - плоскость сечения (развертка по времени) в окрестностях угла а=45, для которой показаны (условно под углом 45 фазные напряжения УА, Ув и Ус, соответствующие углу а=45, т. е, УА, Ув, Ус соответственно.Двойное развертывание по оси 1 и а принято в целях уменьшения загромождения чертежа, при этом а=а(1) - закон изменения угла во времени.1 - коды с выхода дешифратора, управляющие коммутацией электронных ключей 8 по входу 14 (в частности, в диапазонах и = 0 - ;30 - код 000; а = 30 - :90 - код 100 и т: д,),11 - напряжения фазового детектора 9:-А: - (В+ С )представлены соответственными отрицательными суммами фазных напряженийУА Ув и Ус,Ц (ЦА + ЦВ)по выходу 15;УВ: - (С + А )в диапазонах а = 0 - :30 - УА, а= 30 - :- ;90 - Уфс и т. д.111 - огибающие линейно-нарастающихи линейно-падающих напряжений 11 (напряжения не показаны непосредственно,только для сечения 5 - У, пунктиром изображены огибающие);Уф - линейно-нарастающие и линейнопадающие напряжения на выходе фазового детектора 9; Уф - напряжение, пропорциональное скорости вращения на выходе дифференциатора 11; Ум - напряжение на выходе схемы 12 выделения модуля; У - напряжение на выходе выходного фильтра 13 нижней частоты.Датчик скорости вращения работаетследующим образом.Напряжения, снимаемые с фазных обмоток сельсина 2, в зависимости от угла поворота а изменяются по косинусоидальному закону. Данные напряжения являютсяпеременными с частотой напряжения источника 1 опорного напряжения, модулированные по амплитуде по косинусоидальному (или синусоидальному, в зависимостиот выбора начала отсчета) закону угла поворота вала (вращающегося объекта). Изза. пространственного сдвига обмоток синхронизации сельсина 2 (120) соответственно и закон модуляции в каждой фазе имеет один и тот же характер, но со сдвигомв 120 градусов:А - Кл 81 п Р,Ув = КУ 81 п (а - 120);Ус = КУз 1 п (а+ 120);где У - напряжение истоочника 1,И= У,ятп о; оэ - частота напряжения У;К - коэффициент передачи,5Фазовые напряжения поступают в соответствующих сочетаниях на входы компараторов 4, 5 и 6, блок 3 нагрузки и аналоговые входы электронных ключей 8. В компараторах 4, 5 и 6 напряжения У,т, Ув и 10Ус сравниваются попарно между собой.Сравнение пар осуществляется параллельно во времени, Попарно между собой сравниваются мгновенные значения напряжений фаз Л, В и С, т. е. одновременно сравниваются три пары напряжений:УА с Ус,Ус с Ув иОв с УА.20 Формирование импульсных последовательностей П, П, и П, рассмотрено на примере сравнения напряжений фаз В тл С на компараторе 5. Мгновенные значения напряжения фаз В и С равны:Ус=КО ятпоУ я 1 п(о.+120);Ув = КИ,я 1 п отУ я 1 п(х - 120).Значеттия Ус и т.тв зависят от У и а.Ус =Р(г,); у =рр, р)35При этом а=(1) - закон движения вовремени вращающегося вала,В конечном итогеУс = Ф, 1, Д) и Ув = Ф, ,- функциональные зависимости от времени.Отсюда следует что Ус и Ув относительно У могут совпадать по фазе или быть противоположнътмтт тт только на уг лах а=90 и а.=270, Ус=ив, ц раз- ность тт = Ус - Ув= О. При изменении угла а от 90 до 270 им пульсная последовательность (П) не меняет свою фазу на противоположную, только в момент прохождения угла а= =270 амплитуда их убывает до нучя и фаза меняется на противоположную (за 55 счет ограничения снизу отрицательные импульсы подавляются). При изменении угла а от 270 ло 360 (а также в интервале 0 - :90) фаза импульсной послеловательности П противоположна У. Таким обра зом, по смене фазы импульсной последовательности Пт точно можно определить границы интервала 90 - ;270, формирование импульсных последовательностей на компараторах 4 и 6 (П, и П,) происходит ана. 65 логично. Взаимные сочетания Пт, П и Пз представлены на фиг. 2.Дешифратор 7 управляет коммутацией напряжений УА, Ув и Ус электронными ключами 8.В частности, в интервалах 0 в : 30 в ; 150 в ; в : 210 и 330 в ; 360 обеспечивается коммутация фаз В и С, что дает Уя=в - . Ус.Данное управление легко реализуется дешцфратором 7 в зависимости от сочетания фаз последовательностей П П, и П, по следующей логике;Уфл - фазы П П и П совпадают (по отношению к Уравны ца углах 150 - ;210 ц противоположны на угчах 0 - :30 и 330 - : - ;360);Ус - Фазы П и Пз равны и противоположны П,;т.т" в - Фазы П, и П равны и противоположны П,.Блок 3 цагрузктт обеспечивает симметрию фаз Л, В и С с целью исключения различных искажений и влияния помех,Фазовый детектор 9 преобразует участки линейно-нарастающего и линейно-падающего напряжений фаз в пилообразное напряжение (см. У,т, на фттг, 2). Активный фильтр 10 нижней частоты осутпествляет сглаживание напряжения. Напряжетттте, пропорциональное скорости цзметтенття угла поворота вала (вт) вырабатывается диФФеренциатором 11 (см, Гт, на фцг. 2), Схема 12 вьтлелентля модуля используется для преобразования биполярного напряжения, поступающего с дифференпиатора 11 в постоянное напряжение олной полярности (см, т.,тца Фиг. 2). Схема 12 вылеления молуля может быть реализована как двухполупериодньтй вьтппямитель.Выходной Фильтр 13 нижней частоты устраняет пульсации схемы 12 выделения модуля, Таким образом, пичообразное напряжение Инкттия синуса практически с точностт.ю 2% линейна в интеовале аргт- мента 0 - ;30) после диФФеренцпатора 11 представ,чяет собой относительно прямоугольные импульсы напряженття по,чожительной и отрипательной полярностей (см. Гт, на Фпг. 2), соответствутотцие ттатслону пилообразного напряжения, что этвттвалентно скорости изметения угла. Ппямоугольцое напряжение, завал вептпицьт котопого опрелеляется привелеццой винце нелинейностью, с выхола дифференциатора 11 поступает ца схему 12 вылеления молуля, на выхоле которой образуется постоянное напряжение, модуль котопого плопорпионален изменению мгла поворота вала. Затем это наппяжеттие постпает на вьтхочной Фттльтп 13 нижней тастотьт. ца вьтхоле которого тттормттттется постояттттьтйт уповець наттпяжеттття, своболцьтй от пульсаций вттхода схемы 12 выделения модуля (см. Уяь на фцг, 2). Для формтлрованття пилообразного напряженття на управляющие777582 ди входы фазового детектора 9 одновременно с фазными напряжениями по входам 17 поступает опорное напряжение У,Таким образом, использование датчика позволяет с высокой точностью при простом аппаратурном исполнении реализовать линейное преобразование скорости поворота вала в напряжение в широком диапазоне скоростей вращения. Формула изобретения Датчик скорости вращения, содержащий сельсин, подключенный к источнику опорного напряжения, три компаратора, выходы которых соединены с соответствующими входами дешифратора, выход которого подключен к управляющему входу электронных ключей, фазовый детектор, управляющий вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход соединен с входом фильтра нижней частоты, дифференциатор, выход которого связан через схему выделения модуля с входом выходного фильтра нижней частоты, отличаюгцнйся тем, что, с целью увеличения точности при упрощении уст ройства, в него введен блок нагрузки, входы которого подключены к выходам фазных обмоток сельсина, которые подключены также к аналоговым входам электронных к,ночей и попарно подключены ковхо О дам компараторов и выходы электронныхключей подключены к аналоговым входам фазового детектора, выход фильтра нижней частоты соединен с входом дифференциатора. 15Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Агейкин Д. И. и др, Датчики контроляи регулирования. М., Машиностроение,20 1965, с. 468.2. Авторское свидетельство СССРМ 481835, кл. 6 01 Р 3/46, 1975 (прототип),/15 Изд.557 Тираж 1033 Подписное иск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж, Раушская наб., д. 4/5