Цифровой измеритель ускорениявала

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ Сфез СфветскихСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл. с присоединением заявки ЙоГосударственный комитет СССР по дедам нзобретеннй нотнрытнйОпубликовано 2304,81, Бюллетень Мо 15 Дата опубликования описания 25,04,81(72) Автор изобретения А.И. Овчаренко Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано для измерения ускорений валов, например, двигателей центрифуг. 5Известны измерители, которые работают по принципу счета импульсов датчика за сопрягающиеся эталонные интервалы времени. При этом ускорение фактически определяется как раз ность усредненных значений скоростей вала на этих интервалах времени 1.Однако для точного и быстрого измерения ускорения эти устройства тре буют импульсных датчиков скорости с высокой разрешающей способностью, ,Такие датчики являются весьма сложными в технической реализации и"недо-. статочно надежными в эксплуатации, 20Также известен цифровой измеритель ускорения вала, содержащий импульсный датчик, расположенный нз валу, генератор эталонного времени, прямой и инверсный выходы которого , 25 соединены со входами двух схем И, выходы которых связаны со входами реверсивного счетчика. При этом инверсные выходы реверсивного счетчика соединены через схему инкоемента со вхо дами первой группы вентилей, прямые. выходы реверсивного счетчика соединены со входами второй группы вентилей и входами дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами групп вентилей, выходы которых связаны с отсчетным устройством 2,1Недостатком известного устройства является сложность датчика. Это связано с тем, что для точного и быстрого измерения ускорения вала необходим датчик с высокой разрешающей способностью (числом импульсов на оборот). Такие датчики сложны, дороги и ненадежны в эксплуатации. Как правило, они имеют большие размеры и значительную массу, что не поэзоляет использовать их в маломощных приводах с высокими требованиями к динамическим свойствам.Цель изобретения - повьыенне надежности устройства за счет использования простого импульсного датчика.Поставленная цель достигается там, что в известное устройство введены генератор эталонной частоты,формирователь, выполненный на 0-триггере, кь-триггере и схеме И, преобразователь код-частота, выполненный на по824061 следовательно соединенных счетчике,группе вентилей и двоичном умножителе, делитель частоты и Р 5-триггер,причем выход импульсного датчика соединен с С-входом О-триггера, О-входкоторого подключен к прямому выходуВ 5-триггера формирователя, инверсныйвыход - ко входу группы вентилей преобразователя, а прямой выход - к первому входу схемы И формирователя,второй вход которой соединен с выходом генератора эталонной частоты, совходом двоичного умножителя и со вторыми входами двух схем И, а выход -со входом счетчика и с В-входомВ 5-триггера формирователя; 5-вход которого подключен к прямому выходу ге-нератора эталонного времени, при этомвыход двоичного умножителя соединенсо входом делителя частоты и с Ь-входом В 5-триггера, В-вход которого подключен к выходу делителя частоты и к 20установочному входу счетчика, а выход - к третьим входам двух схем И.На чертеже приведена структурнаясхема устройства,Устройство содержит импульсный 25датчик 1, частота которого пропорциональна скорости вращения, расположенный на валу, формирователь 2, выполненный на О-триггере 3, схеме И 4,В 5-триггере 5, генератор б эталонного времени, генератор 7 эталоннойчастоты, преобразователь 8 кода в частоту, выполненный на счетчике 9, вентилях 10 и двоичном умножителе 11,делитель 12 частоты, В 5-триггер 13,схемы И 14, 15, реверсивный счетчик16, дешифратор 17, группу вентилей18, схему инкремента 19, группу вентилей 20, отсчетное устройство 21.Выход импульсного датчика 1 соединен с С-входом триггера 3, прямой 40выход которого соединен со входомсхемы И 4, выход которой соединенс В-входом триггера 5,к 5-входу которого подключен прямой выход генератора б. Прямой выход триггера 5 соединен с О-входом триггера 3. Ко второму вход у схемы И 4 подключен выходгенератора 7, Выход схемы И 4 соединен со счетным входом счетчика 9,разрядные выходы которого соединены яОчерез вентили 10 с кодовыми входамидвоичного умножителя 11, К управляющему входу вентилей 10 подключен инверсный выход триггера 3. К частотному входу двоичного умножителя 11 подключен выход генератора 7, а выход.двоичного умцожителя 11 соединен непосредственно с 5-входом триггера 13,а через делитель 12 частоты - с егоВ-входом. Кроме того, выход делителя 12 частоты соединен с установочным входом счетчика 9. Прямой выходтриггера 13 связан с первыми входами схем И 14, 15 ко вторым их входамлодключен выход генератора 7, к третьему входу схемы И 14 подключен пря мой выход генератора б, инверсный выход которого подключен к третьему входу схемы И 15. Выходы схем И 14, 15 соединены соответственно с суммирующим и вычитаюшим входами реверсивного счетчика 16. Прямые выходы реверсивного счетчика 16 соединены с дешифратором 17 и группой вентилей 18. Инверсные выходы реверсивного счетчика 16 соединены через схему инкремен-. та 19 со входами группы вентилей 20Выходы дешифратора 17 связаны с управляющими входами групп вентилей 18 и 20, выходы которых соединены с отсчетным .устройством 21.Работа устройства заключается в следующем.Исходное состояние элементов устройства таково; триггеры 3, 5, 13 - в состоянии "0", счетчики 9, 16 обнулены.Фронтом импульса на прямом выходе генератора 7 триггер 5 устанавливается в состояние "1". Тем самым подготавливается .к опрокидыванию триггер 3. Опрокидывание последнего происходит при поступлении на С-вход очередного импульса датчика 1. В это же время открывается схема И 4 и.импульсы генератора 7 поступают в счетчик 9. Первый же из этих импульсов устанавливает триггер 5 в состояние "0", Тем самым подготавливается к опрокидыванию в состояние "0" триггер 3. Опрокидывание происходит при поступлении следующего импульса датчика 1.Таким образом, схема И 4 открыта в течение рассматриваемого периода Т импульсов датчика 1 и в счетчике 9 по окончании указанного периода окажется записанным числой, = Гт (1) где ГО - частота генератора 7.По окончании периода Т сигналом "1" инверсного выхода 3 открывается вентили 10 и код счетчика 9 поступает на кодовые входы двоичного умно- жителя 11. Частота на выходе последнего определяется выражениемв ДКгде К - емкость счетчика 9,или; с учетом (1)(2) Первым же импульсом двоичного умножителя 11 триггер 13 устанавливается в состояние "1". Тем самым открытой оказывается схема И 14 и импульсы генератора 7 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 16.Импульсом переполнения делителя 12 частоты триггер 13 устанавливается в состояние "0", а также обнуляется счетчик 9. Таким образом, схема И 14 была открыта в течение интервалаРФормула изобретения 55 60 где Р - коэффициент деления делителя частоты,или с учетом (2)Таким образом, в реверсивном счетчике 16 окажется записайным чис- ло КР КРогде Г) = 1/Т - ) .- аое, - значениечастоты датчика 1. Поскольку частота .датчика 1 пропорциональна скоростивращения Ч вала,фто число М. такжепропорционально этой скорости Через временный. ентервал Т, равный полупериоду следования импульсов генератора б, срезом импульса на пря мом выходе последнего триггер 5 устанавливается в состояние "1". Одновременно потенциалом "+" инверсного выхода .генератора б подготавливается к открыванию схема И 15С поступлением на триггер 3 очередного импульса датчика 1, триггер 3 опрокидывается в состояние "1" и импульсы генератора 7 поступают через открытую схему И 4 в счетчик 9. Первым же выходным импульсом схемы И 4 триггер 5 устанавливается в состояние 10 ф и, таким образом при поступлении следующего импульса датчика 1 триггер 3 опрокинется в состояние фОф, прекращая подачу импульсов ге 40 нератора 7 в счетчик 9.В последнем окажется записанным число" (1т ) =01(1+ Тт)Аналогично вышеописанному, частота на выходе двоичного умножителя 11равнак5 о Т(+т)(1+ 71) КСхема И 4 открыта в течение интервала 50 ТЧ(+ Тт) Е Т(О (1+тт)и на вычитающий вход реверсивногосчетчика 16 поступит М(1+Тт)(1 Тт)рли, с учетом (4)/У(1 Тт)О "(+ Тт) Результирующее число, записанное вреверсивном счетчике 16 по оконча- д нии описанного цикла работы устройства, окажется равным И = И, -й(+т )= --(Ч, -Ч, )(5)аКРКак следует из (5) число й пропорционально разности скоростей вала вмоменты времени, отстоящие друг отдруга на интервал Тт, Таким образом,число й пропорционально разности скоростей, измеренных через постоянныйинтервал времени, а, значит, и ускоренного вала,Поскольку частота датчика 1 измеряется по периоду импульсов, то совершенно очевидно, что к датчику 1не предъяаляются жесткие требованияйо крутизне йреобразований. Практически для большинСтва задач оказывается достаточным иметь крутизну преобразования датчика 1 импульс/оборот.Таким образом, вместо механических сложнык квантователей, схем умножения частоты оказывается возможным применить чрезвычайно простойквантующий элемент - металлический"флажок", расположенный на .валу,Цифровой измеритель ускорения ваЛа, содержащий импульсный датчик,расположенный на валу, и генераторэталонного времени, прямой и инверсный выходы которого соединены срвходами двух схем И, выходы которых подключены ко входам реверсивного счетчика, инверсные выходы которого соединены через схему инкремента со входами первой группы вентилей, а прямые выходы - со входами второй группы вентилей и входами дешифратора, выходы которого подключены к управляющим входам групп вентилей, выходы которых соединены с отсчетным устройством, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены генератор эталонной частоты, формирователь, выполненный на О-триггере, Й 5-триггере и схеме И, преобразователь код-частота, выполненный на последовательно соединенных счетчике, группе вентилей и двоичном умножителе, делитель частоты и й 5- триггер, причем выход импульсного датчика соединен с С-входом О-триг-. гера, О-вход которого подключен к прямому выходу В 5-триггера формирователя, инверсный выход - ко входу груп,пы вентилей преобразователя, а прямой выход - к первому входу схем И формирователя, второй вход которой соединен с выходом генератора эталонной частоты, со входом двоичного умножителя и со вторыми входами двух схем И, а выход - со входом счетчика и с й-входом Й 5-триггера формирователя, 5-вход которого подключен кпряввму выходу генератора эталонного,времени, при этом выход двоичного умноаителя соединенсо входом делителя,частоты и с Звходом й 5-триггера,й-вход которого подключен к выходуделителя .частоты и к установочному.входу счетчика; а выход, - к третьимвходам дву схем И. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобритании Ф 1396 688, кл, С 1 й, опублик. 1975 2. йвторское свидетельство СССР 3 Ф 2600469/18-10, кл, С 01 Р 15/08,1978 (прототип),824061 Составитель И. Хаустов .Редактор В. Лазаренко: Техред Н.Майораш Ко оста о Заказ 2099/64Ф Тираж 907 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж, Рауасписно комитета СССРоткрытийкая иаб., д. 4/5 илиал ППП фПате тн Ужгород, ул