Устройство для измерения параметров движения объектов

(5 цС 01 Р 3 01 ОПИСАНИ Н АВТОРСНОМЪГ И РЕТЕН У ЕТЕЛ ий ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(72) Ю.Ф. Чубаров, В.Д. Дмитриев, В,Ю. Гурьев н В.А. Михайлов (71) Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева (53) 531.77(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 301622, кл. С 01 Р 15/08, 1971.2. Авторское свидетельство СССР В 502325, кл. С 01 Р 3/36, 1976 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОВЬЕКТОВ, содержащее фотосчитывающуй ячейку, функциональный преобразователь, содержащий счетчик микро-ЭВМ с терминами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия, надежности устройства, упрощения конструкции, расширения функциональных возможностей, в него введены два диода, инвертор, схема ИЛИ, КЗ-триггер, два счетчика, генератор гармонического напряжения, при этом фотосчитывающая ячейка выполнена в виде трехстабиль" ного фоторадиочастотного запоминающего устройства, состоящего из четырех конденсаторов, четырех резисторов и двух фототранзисторов, выполняющих функции фотоприемников, причем эмиттер первого и коллектор, второго фототранзисторов, база первого и база второго фототранзисторов через первый и второй конденсаторы объединены и подключены к выходу генератора гармонического напряжения, база первого и база второго фототранзисторов через первый и второй резисторы объединены и соединены с шиной сброса, эмиттер второго фототранзистора через трет резистор соединен с коллектором первого фототранзистора, коллектор первого фототранзистора через третий Я и четвертый конденсаторы подключен к базам первого и второго фототранзисторов соответственно, через четвертый резистор - к общей шине, к аноду первого и катоду второго диодов, катод первого диода подключен к входу первого счетчика и Я-входу триггера, анод второго диода подключен через инвертор к входу втор го счетчика и первому входу схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ - к К-входу триггера, выход триггера соединен с входом третьего счетчика и ЭВМ, к второму входу схемы ИЛИ и к входам сброса трех счетчиков подключена шина сброса, а выходы трех счетчиков подключены к ЭВМ.Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения перемещения, скорости и ускорения объектов при их поступательном или вращательном движении.Известно устройство для измерения углрвой скорости и ее колебаний, содержащее измерители интервалов времени и вычислитель 11.Данноеустройство имеет низкую точность, большое числа сложных узлов, малый динамический диапазон измерения, малое быстродействие.Наиболее близким по технической 10 сущности к предложенному является устройство для измерения скорости перемещения объектов, содержащее осветители, фотоприемники, функциональный преобразователь, состоящий 20 иэ делителей, прерывателей, запоминающих устройств и элементов сравнения 21.Однако большее число элементов определяет низкую точность и надеж - 25 ность преобразования устройством контролирующего параметра.Цель изобретения - повышение точности, быстродействия, надежности устройства, упрощение конструкции, ЗО расширение функциональных возможностей.1Поставленная цель достигается тем, что в устройс -во для измерения параметров движения объектов, содер жащее фотосчитывающую ячейку, функциональный преобразователь, содержащий счетчик микро-ЭВМ с терминами, введены два диода, инвертор, схема ИЛИ, КБ-триггер, два счетчика, гене ратор гармонического напряжения, при этом фотосчитывающая ячейка выполнена в виде трехстабильного фаторадиочастотного запоминающего устройства, состоящего из четырех конденсата ров, четырех резисторов и двух Фототранэисторов, выполняющих функции фотоприемников, причем змиттер первого и коллектор второго фототранзисторов, база первого и база вто рого фототранэисторов через первый и второй конденсаторы объединены и подключены к выходу генератора гармонического напряжения, база первого и база второго Фототранзисторов 55 через первый и второй резисторыобьединены и соединены с виной сбро са, эмиттер второго фототранзистора через третий резистор соединен с коллектором первого фототранэистора коллектор первого фототранзистора через третий и четвертый конденсаторы подключен к базам первого и второго фототранэисторов соответственно, через четвертый резистор к общей шине, к аноду первого и катоду второго диодов, катод первого диода подключен к входу первого счетчика и Я-входу триггера, анод второго диода подключен через инвертор к входу второго счетчика и первому входу схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ - к,К-входу триггера, выход триггера соединен с входом третьего счетчика и ЭВМ, к второму входу схемы ИЛИ и к входам сброса трех счетчиков подключена шина сброса, выходы трех счетчиков подключены к ЭВМ.На фиг. 1 представлена блок-схема устойства для измерения параметров движения объектов; на фиг,2,3 расположение фототранэисторов относительно движущихся объектов; на фиг. 4 - эпюры напряжений; на фиг. 5 - вольт-амперная характеристика фототранзисторов гри заданной частоте Г напряжения Цн генератора гармонического напряжения. Устройство содержит фототранзисторы 1, 2, эмиттер второго фототранзистора 2 через резистор 3 подключен к коллектору первого фототранэистора 1, который в свою очередь через резистор 4 подключен к общей шине (фиг. 1). Базы фототранэисторов 1 и 2 объединены через резисторы 5 и 6 на шине сброса. База первого фототранзистора 1 через конденсатор 7 подсоединена к эмиттеру первого фототранэистора и через конденсатор 8 - к коллектору первого фототранэистора 1, База второго фототранэистора 2 соединена через конденсатор 9 с коллектором второго фототранзистора 2 и через конденсатор 10 - с коллектором первого фото- транзистора 1, Эмиттер первого фото- транзистора 1 и коллектор второго фототранэистора 2 объединены на выходе генератора гармонического напря жения 11. Элементы 1-10 образуют трехстабильное фоторадиочастотное запоминающее устройство (ТфРЗУ) 12. Коллектор первого фототранзистора 1 подключен через первьп. 13 и второй3 11349 14 диоды к первому 15 и второму 16 счетчику, причем вход второго счетчика 16 подключен через инвертор 17 к диоду 14. Вход второго счетчика 16 подключен к первому входу схемы 5 ИЛИ 18, выход которой соединен с К-входом триггера 19. Вход 5 триггера 19 подключен к входу первого счетчика 15. Выход триггера 19 соединен с входом счетчика 20,Микро ЭВМ 21 соединена с терминами: устройством 22 ввода информации и устрой - ством 23 вывода информации. Шины сброса 24 - 28 подключены к входу сброса счетчика 15, резисторы 5, 6, 15 входу сброса счетчика 16, второму входу схемы ИЛИ 18 и входу сброса счетчика 20. Выходы счетчиков 15, 16 и 20 через линии 30 - 32 соединены с микро-ЭВМ. 20При измерении параметров вращательного движения тела вокруг центра его вращения (фиг. 20,Е) - угловой скорости, частоты вращения, ускорения, числа оборотов - источники све та 33, 34 и фототранэисторы 1, 2 располагаются на границах одного из секторов, на которые разбивается вращающееся тело, исходя из требований точности измерения параметров. Например, фиг. 2 а содержит четыре сектора, а фиг.2 б - 6 секторов. Отражающие поверхности 35 - 37 располагаются на границах двух соседних секторов.При измерении параметров поступа" 35 тельного движения объектов 38 - 40 и т.д. - скорости, числа объектов и частоты их прохождения - фототранэисторы 1, 2 располагаются вдоль трассы движения объектов 38 - 40, причем :1Ь. Источником света в данном случае является сам объект.Вольт-амперная характеристика фототранзистора при питании переменным ,напряжением высокой частоты имеет Я-образный характер изменения (фиг.5). Это объясняется асимметрией коллекторного и эмиттерного перехода и наличием емкостей переходов.Устройство работает следующим образом.При попадании светового потока от движущегося объекта на фототранзистор 1 его вольт-амперная характеристика (кривая О ) смещается влево 55 (фиг. 5, кривая О ), Когда характеристика 0 становится левее точки, соответствующей напряжению П , происхо 14дит скачкообразный переход рабочей точки 41 в точку 42. Ток 1 через фототранзисторскачком возрастает до 14 = 1, а напряжение на фототранэисторе уменьшается и становится меньше П . При этом фототранзистор 2 (если он открыт) запирается, так как рабочая точка переходит из точки 43 на нижнюю область кривой 0 в точку 44.Когда световой поток от объекта, попадающий на фототранзистор 1, становится равным нулю, характеристика б сдвигается вправо (кривая О ).Рабочая точка переходит из точки 42 в точку 45. Через фототранзистор 1 и сопротивление нагрузки 4 протекает ток 14 = 1 , на резисторе 4 действует напряжение 04 положительной полярности с переменной составляющей частоты Г . Через диод 13 им" пульсы поступают на вход счетчика.15, и начинается их счет (фиг. 4 а). Первый импульс последовательности устанавливает триггер 20 в единичное состояние. Импульс по шине 29 вызывает считывание содержимого счетчика 6 по шинам 31 в память ЭВМ 21 и затем его сброс по шине 26. Счетчик 15 производит счет импульсов, число которых пропорционально временному интервалу е (фьг, 4 ).Кроме того, положительный перепад напряжения с выхода триггера 20 вызывает запись единицы в счетчик 20, фиксирующий момент засветки фото- транзистора 1.В результате в счетчике фиксируется либо число импульсов, пропорциональное числу оборотов, либо число объектов 38, 39, 40, прошедших вдоль трассы измерения.Когда световой поток попадает на фототранэистор 2, происходит открывание фототранэистора 2 и переход рабочей точки иэ 41 в точку 46. Аналогично предыдущему через фототранэистор 2 протекает ч ок 14 = 1зф затем при нулевом световом потоке - ток 14 = 1, фототранэистор закрывается и для него рабочая мочка переходит иэ 46 в точку 44. Ток создает напряжение отрицательной полярности, т.е. ТФРЗУ переходит в третье состояние равновесия. Через диод 14 и инвертор 17 импульсы поступают на счетчик 16, где начинается их сче т, а счет импульсов счетчиком 15 прекращается, так как отрицательные импульсы1134914 15 Предложенное устройство является универсальным измерительным прибором, позволяющим решать широкий круг вопросов измерения кинематических параметров движущихся тел. не проходят через диод 13. Первый импульс с выхода инвертора 17 возвращает триггер 19 в исходное состояние. Отрицательный перепад напряжения вызывает по шине 29 считывание содер жимого счетчика 15 в виде двоичного числа по информационной шине 30 в память ЭВМ 21.При дальнейшем поочередном освещении фоторезисторов производится О1 О поочередное изменение состояний счетчиков 15, 16, соответствующих величинам й 1, й , й , и их запоминание в ЭВМ, а также счет числа засветок фототранзистора 1 счетчиком 20. Число импульсов, записанное в счетчик 20, пропорционально числу оборотов объекта или числу проходящих вдоль трассы объектов. При измерении параметров вращательного движения в соответствии с программой ЗВМ по хранящимся в ее памяти измеренным с помощью счетчиков 15, 16, 20 временным интервалам С, с, е, и числу оборотов и, числу секторов, на которое разбивается вращающееся тело, производится вычисление угловой скорости вращения, ее среднего значения, углового ускорения. Аналогичные параметры вычисляются и для поступательного движения.1134914 Составитель Ю,едактор О,Колесникова Техред М,Гергель Корректор Н. Корол Мручко илиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проект з 530 ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, Москва