Способ измерения скорости вращения и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 9) (1 3/489 ЗОБРЕТДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСАН И Е"НВ.:И: -гг 4 ш оро.чик,входыщимидамирого ервах имения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ АВТОРСХОМУ СВ(71) Челябинский филиал Государствен.ного союзного ордена Трудового Красного Знаменй научно-исследовательско.го тракторного института(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 412553, кл. 0 01 Р 3/481, 1974.2. Авторское свидетельство СССРВ 555342, кл. 0 01 Р 3/42, 1977(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРИТЕ.НИЯ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ-НИЯ.(57) 1. Способ измерения скоростивращения вала путем формирования измерительного интервала, длительностькоторого кратна длительности периодавращения вала, заполнения измеритель.ного интервала я импульсами эталоннойчастоты, подсчета количества этихимпульсов в текущем измерительноминтервале, последующего заполнения ипреобразования этого количества ваналоговую форму в течение последующего измерительного интервала,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности и быстродействия при широком диапазоне измерения, после заполнения измерительного интервала М импульсами эталоннойчастоты производится последователь"ное понижение частоты заполнения вК раз, где К - любое наперед заданное целое число, и дальнейшее заполнение измерительного интервала Й-импульсами каждой из частот до момента окончания измерительного интла, причем сумма числа прошедшипульсов ннэшей иэ частот заполн и числа М(К, а также число произошедих понижений запоминается.2. Устройство для измерения ск сти вращения вала, содержащее дат генератор эталонной частоты, триггер, последовательносоединенные первый счетчик, первый регистр памяти и цифро-аналоговый преобразователь, формирователь импульсов перезаписи и сброса, выход перезаписи которого соединен с входом перезаписи первого регистра памяти, а выход сброса соединен с входом сброса первого счетчика, выходы которого соединены с входами схемы И, о т л и-ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия э при широком диапазоне измерения, в него введен мультиплексор, второй ре гистр памяти, второй и третий счетчи ки, причем счетный вход второго счет- С чика соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выходы второго ф счетчика соединяются с сигнальными входами мультиплексора, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, вход которого соединен с выходом триггера, при этомустановочный вход триггера, а так.же счетный вход третьего счетчика соединены с выходом схемы И, входы сброса второго счетчика, третьего счетчика и триггера соединены с выходом сброса формирователя импульсов вход которого соединен с выходом дат чика, а выход перезаписи-с входом пе реэаписи второго регистра памяти,которого соединены с управляю- входами мультиплексора и с выхотретьего счетчика, а выходы вторегистра памяти соединены с вторыми входами цифро-аналогового преобраз ователя.И бзо ретени оте тносится к измеритель- при широком диапазоиапазоне изменения контти в ащения валано технике ий может быть использова- Ролируемой скорости вращл з езовно для прецизионного измерения угло- ввиду ограниченности числа Разрцифро-аналогового преобразователя.ель изобретения - повышение точвой скорости.Известен способ измерения скорости Цель изо рвращения вала путем формирования имф мирования им ности и быстродействия при широкомпульсов, период которых равен периох равен перно- диапазоне измерения скорости вращеду вращения вала, последующего преобПоставленная цель достигается тем,разования этих импульсов в импульсычто согласно способу измерения скоростистабильной воль- секундной площади ивселение среднего значения полученн ения получен вращения вала путем Формирования измерительного интервала, длительность которого кратна длительности периода враных импульсов 1,Устройство, р Уеализ ющее данныйла заполнения измерительнос е жит последовательно сое- щения вала,способ, содергс интервала 8 импульсами эталоннойдиненные часто дат тный тчик, Формиро 15 частоты, подсчета количества этихватель амплитудный ограничитель,Уимпульсов в текущем измерительномосред яющии й блок а также кварцевыйинтервале, последующего запоминаниягенера орт и вто ю схему совпадеРУи преобразования этого кс ничества вния 1 .аналоговую форму в течение последуюЭтот спо соб и ст ойство для егоУ Р.го измерительного интервала, послереализации им еют низк ю точность при 20 щегузаполнения измерительного интервалабольших уск Рско ениях вала за счет инерс е него И импульсами эталонной частоты произционности схемы выделения среднеговодится последовательноеел ное понижениезначения импульсов, постоянная времен ния в К аз, где К -ыби ается исходя из мини- частоты заполнения в раз,ни которой вы ираетсяв а ения вала. 25 лю оеб наперед заданное целое число,мальной скорости р ще и дальнейшее заполнение измерительНаиболее близким к предлагаемому и дальне шеного интервалан-импульсамами каждойпо технической сущности и достигаемоиз частот до момейта оконча ин я измему результату является способ измереения вала согласно рительного интервала, причем суммания скорости вращения вала, соглас он- числа прошеошедших импульсов низшей изосорому формируют измерительный и ЗОительность .которого равна частот заполнения и числатервал, длите ьже число произошедших понижений .задвум периодам вращения вала, заполня- же чют измерительный интервал импульсами поминается.й частоты, подсчитывают коли- В устройство, реализующее указанэталонно часее тчик, генечество этихэ их импульсов в текущем изме-З 5 ный способ, содержащее дат иггерительном интерваервале а затем запоми- ратор эталонной частоты, тр рнают и преобразуют этоют это количество в последовательно соединенные первыйаналоговую Форму вму в течение последую- счетчик, первый регистр памяти ищего измерительного ио интервала 2, цифро-аналоговый преобразователь,у тройство реализующее данный спо-,формирователь импульсов перезаписииси кото огособ, содержит по следовательно соеди- и сброса, выход переэап рсилитель триггер соединен с входом перезааписи пе воРненные датчик, усилити яти а выход сбросаШм идта, пе рвый и второй триггеры,ло- го регистра памяти, а ве ИЛИ Формирователь соединен с входом сброса ро пе вогогическую схему, ох кото го соединеныимпульсов перезаписи и сброса, выпол- счетчика, выходы роненный на двух однови ратораб ато ах, после. 45 с входами схемы И, допблнительнос вто ой редовательно соединененные генератор введены мультиплексор, второти вто ой и третий счетэталонно чай астоты схему блокировки, гистр памяти, второГвхо второгосчетчик, регистр памяам ти и цифро-анало. чики, причем счетный дм гене аговый преобразователь, мультивибра- счетчика соединен с,выходо Ртор, причем выход перезаписии форми О тора эталонной частоты, а выходыс сигрователя импульсов перезаписиси и сбро- второго счетчика соединяются с са выиси ре- нальными входами мультиплексораса подключен к входу перезаписисчетнымгистра памяти, а выход сброса подклю- ход которого соединен со счетика выход входом первого счетчика, х дв о коточен к входу сброса счетчика,т игге а,о ключен к входам схемы И, 55 рого соединен с выходом три ркоторого подключен к вхчный вход которого, а такжеой подключен к второму установочвыход которосчетный вход третьего счетчика соевходу схемы блокир .овки причем второйдинены с выходом схемы И, входывыход второго триггер а подключен ксб оса второго счетчика, третьегосчетчика и триггера соединены с вьюки овки, а с росвыход триггера Шмидта дсое инеи с вхосчетчходом сброса формирователя импуль ос вдом мультивибрагора, вых дыо которогокоторого соединен с выходом датт енно с входом входсоединены соответственноа выход перезаписи-с входомвхо ом схемы ИЛИ 2. чика, а вусилителя н вторым в дпе езаписи второго регистра памяти,Недостатком изввестного способа и перезды которого соединены с управляюстройства является низкая т Очност ь 65 Входы Ощими входами мультиплексора и с выходами третьего счетчика, а выходы второго регистра памяти соединены с вторыми входами цифра-аналогового преобразователяя,На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - временнаядиаграмма, поясняющая работу устройства.Устройство для измерения скоростивращения вала, реализующее предлагае-Омый способ, содержит датчик 1, генератор эталонной частоты 2, первый,второй и третий счетчики 3, 4 и 5,формирователь импульсов перезаписи и,сброса 6, мультиплексор 7, первый и 15второй регистры памяти 8 и 9, схемуИ 10., триггер 11 и цифро-аналоговыйпреобразователь 12. Цифро"аналоговыйпреобразователь 12 может быть выполнен на основе операционного усилителя 13, источника опорного напряжения 14 и первый и второй резистивныхматриц 15 и 16.Устройство работает следующим образом." Датчик 1, связанный с валом, Формирует импульсы, период которых равен периоду вращения вала 3 (фиг. 2,"вы 1), По положительному фронтуэтих импульсов формирователь импульсов перезаписи и сброса 6 формируеткороткие импульсы перезаписи и сбро"са (фиг. 2,0 6 перезаписью Овых.6 сброс). Генератор эталонной частоты 2 работает постоянно и его выходные импульсы с частотой 2 1 (Фиг.2,Оц 2 ) поступают на вход второгосчетчика 4, на выходах которого формируется сетка частот с частотами1/2, 1/4 и т.д. (Фиг. 2,1 э,4). 4 ОПосле появления импульса сброса(фиг. 2, 0 в 6 сброс ) первый, второй,третий счетчики 3, 4 и 5 и триггер 11сбрасываются в нулевое состояние.Нулевые уровни сигналов на управляющих входах мультиплексора 7 обеспечивают подключение наивысшей выходнойчастоты второго счетчика (т.е. 1)на счетный вход первого .:четчика 3(фиг. 20 вщ 7). Таким образом, первый счетчик 3 в начале каждого периода выходного сигнала датчика 1 производит подсчет импульсов частоты 1В момен времени 1, (фиг. 2) во всехразрезах первого счетчика 3 устанавливаются логические единицы, т.е.происходит его переполнение (фиг.2,0, 3). Это состояние выявляется первой схемой И 10, (Фиг. 2,0 вых 10).Появление сигнала на выходе первойИ 10 приводит к переключению триггера 11 ( фиг, 2,0 ц 11) и записи числа"один" в третий счетчик 5 (фиг.2,0,д 5). Выходной сигнал триггера 11устанавливает старший разряд первогосчетчика 3 в состояние логической 65 единицы (фиг. 2,Од 3-3), причем это состояние в дальнейшем не изменяется до момента сброса триггера 11.Код числа фодинф выходных сигналов третьего счетчика 5, подключенных к управляющим входам мультиплексора 7, приводит к подключению на счетный вход первого счетчика. 3 выходы второго разряда второго счетчика 4, т,е. начиная с момента времени, первый счетчик 3 производит счет импульсов, частота которых понизилась в два раза и стала равной 1 /2. Далее первый счетчик 3 продолжает счет до заполнения единицами всех разрядов, кроме старшего разряда, который принудительно удерживается в единичном состоянии триггером 11. Заполнение единицами всех разрядов первого счетчика 3 приводит к.введению в третий счетчик 5 еще одной единицы, что приводит к понижению частоты импульсов на счетном входе первого счетчика 3 еще в два раза, и далее процесс в устройстве повторяется до момента окончания периода выходного сигнала датчика 1 сигналом перезаписи ( фиг. 2, 5 ььц 6 перезапись), информация иэ первого 3 и третьего 5 счетчиков переписывается в первый 8 и второй 9 регистры памяти, которые управляют первой 15 и второй 16 резистивными матрицами цифро-аналогового преобразователя 12Выходное напряжение устройства, как это следует иэ схемы цифро-аналогового преобразователя 12, равно0,пвы ггде О- выходное напряжение источ.ника опорного напряжения 14;- сопротивление первой резистивной матрицы 15;сопротивление второй реэистивной матрицы 16.Для нормальной работы устройствасопротивление второй реэистивной матрицы 16 выбирается пропорциональнымр а)ь фгде- число переменных частот заполнения, т.е. показание третьегосчетчика 5 в момент окончания периода выходного сигнала датчика 1.Сопротивление первой резистивнойматрицы 15 выбирается пропорциональным числу М, где М - количество импульсов заполнения наивысшей входнойчастоты первого счетчика 3, округленное до числа разрядов этого счетчика,т.е. число М - показания первого счет.чика 3 в момент окончания периодавыходного сигнала датчика 1,Таким образом,Ро0 = эвьгде К " коэффициент пропорциональности, 1103151При этом, поскольку произведение 2 . М пропорционально длительности измеряемого периода, то выходное напряжение устройства оказывается пропорциональным скорости вращения вала.5После окончания перезаписи информации из.первого 3 и третьего 5 счетчиков в первый 8 и второй 9 регистры памяти Формирователь импуль,сов перезаписи и сброса 6 Формирует импульс сброса в исходное состояние счетчиков 3,4 и 5 и триггера 11, и процесс измерения начинается сначала. При этом в первом 8 и втором 9 регистрах памяти, а следовательно, и на выходе устройства сохраняется сигнал, соответствующий скорости вращения вала, измеренной за предыдущий период выходного сигнала датчика.Таким образом, с помощью датчика, 20 связанного с вращающимся валом, Формируется измерительный интервал, длительность которого в целое число от- личается от периода вращения вала. В начале измерительный интервал запол 25 няется импульсами с частотой 1 .Если число импульсов заполнения достигло числа 1 (в случае подсчета двоичным счетчиком может быть равно Й =2 .где д - число разрядов этого счетчи ка), а измерительный интервал еще не закончился, производится понижение частоты заполнения в К раз, где К - основание счетчика К=2 в случае двоичного счетчика. Заполнение иэмери тельного интервала Й импульсами часто. той 1 эквивалентно по времени эапол" нению й(К импульсами частот 1/К. Поэтому счетчик, считающий число импульсов заполнения измерительного интервала частотой 1/К, начинает свой счет не с нуля, а со значения М(М. Послеприхода числа импульсов Н - вчастотойнсостояние счетчика аналогично состоянию после прихода импульсов с частотой 1 , Далее происходит дальнейшее понижение частоты в К раз и процесс заполнения измерительного интервала продолжается до его окончания. При окончании измерительного интервала в счетчике заФиксирована сумма числа ИК и числа пришедших импульсов заполнения низшей частоты. Таким образом, полученная сумма, умноженная на период следования импульсов низшей частоты, равна длительности измеряемого интервала. Поэтому для определения действительной скорости вращения вала необходимо запомнить и передать на цифро-аналоговый преобразователь эту сумму и число произошедших понижений частоты, которое однозначно характеризует величину периода низшей частоты заполнения. При использовании предлагаемого способа при любой частоте вращения вала происходит автоматическое переключение величины заполняемой частоты, что предотвращает ухудшение точности при увеличении частоты вращения вала, т.е. обеспечивает существенное улучшение точности устройства./33 Тираж 823ВНИИПИ Государственного компо делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушска Подписнотета СССРкрыт ийнаб., д