Устройство для измерения фазы и частоты вала дебалансного возбудителя колебаний

ОП ИСАНИЕ ои 943664ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскмкСоциалистическниРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53)М. Кл,с присоелинением заявки МС 05 0 19/02 Ьеуааретювый квеипет СССР пв делам афбретенвВ и вткрытвй(72) Авторы изобретения Н.П.Ряшенцев, В.В.Житилин и А.П.Малахов Институт горного дела Сибирского отделения АН СССР(51 т) УстРОЙстВО ДлЯ измеРениЯ ФАзы и чАстОты ВАЛА ДЕБАЛАНСНОГО ВОЗБУДИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ Изобретение относится к оптимизации режима работы виброисточников с электроприводом и может найти применение, в частности, в системк автоматизированного управления вибраторами, предназначенными для получения сейсмических волн, обеспецивающих изучение структуры и геологоразведку Земли.Известно устройство для автоматического измерения фазового положения дебаланса возбудителя колебаний вибромашины, содержащее импульсные датчики углового положения вала электро- привода, счетчик, триггер и регистрирующий блок 1 1.Зто устройство по принципу действия позволяет получить информацию лиш о знаке отклонения (регулируемой) контролируемой величины от заданного значения. Численные значения фазового положения вала дебаланса с помощью известных устройство не могут быть определены с высокой точностью, напрактике часто возникает необходимостьв автоматическом измерении фазовогоположения дебаланса с высокой точностью с целью последующего использования. получаемой информации для требуемой корректировки режимов работвибромащины, цто позволяет получитьстабильный по фазе и частоте сейсмосигнал, это соответственно позволяетоблегчить разработку приемниковсейсмосигналов при значительных сей"смических помехах в земной коре, атакже позволяет увеличить площадь .1. зсндирования сейсмосигналов.Наиболее близким техническим решением к изобретению является уст" ь ройство для автоматического измерения фазового положения вала возбудиго теля колебаний вибромашины, содержащее импульсные датчики углового поло"женйя, импульсный датчик момента начала удара, схемы совпадения и триг943664 гер, снабженное дополнительные импульсным датчиком углового положения вала, элементов задержки, ключом (схема совпадения по терминологии а.с.) счетчиком, дешифратором и индикаторным блоком, причем, первый импульсный датцик углового положения вала подключен к одному из входов пер вой схемы совпадения, дополнительный импульсный датчик углового положения 10 вала подключен к одному из входов второй схемы совпадения, второй импульсный датчик углового положения вала подключен к другому входу схем совпадения, выход первой схемы совпадения соединен через последователь-. но соединенные элемент задержки и ключ с одним из входов счетчика, выход которого через дешифратор соединен с индикаторным блоком, выход второй схемы совпадения подключен к другому входу счетчика и к одному из входов триггера, другой вход которого соединен с импульсным датчиком момента начала удара, установлен-ным на корпусе вибромашины, а выход триггера соединен с соответствующим входом ключа и индикаторного блока. Датчик фазового положения дебаланса имеет диск, вращающийся совместно с валом дебалансного или эксценрикового возбудителяколебаний. Во внешней окружности диска строго с заданным угловым интервалом размещены ферромагнитные выступы. Рядом с этими выступами установлены дополнительные выступы с интервалами меньшими С аналогичными угловыми интервалами на корпусе машины неподвижно устанавливаются бесконтактные (например,40 индуктивные) датчики, которые выдают импульсы напряжения в моменты прохождения выступов диска 2. Однако такое устройство не позволяет получить высокую точность измерения фазы, а соответственно не позволяет получить стабильности частоты и фазы сейсмических волн. Подобное устройство измерения фазы и частоты, имеющее сто щестьдесят выступов на диске, позволяет получить стабильность фазы и частоты сейсмоизлуцения измерения этих параметров с точ ностью три знака, что вдвое меньше требуемой точности измерения. Чтобы Ы получить требуемую точность в 5-6 знаков в диапазоне частот сейсмических колебаний 1-10 Гц, необходимо на диске установить 1 О выступов, чтонереально,Целью изобретения является повышение точности устройства, что позволяет повысить точность измеренияфазы и частоты вала дебалансноговозбудителя колебаний, и упрощениеконструкции,. Поставленная цель достигается тем,что в известное устройство для измерения фазы и частоты вала дебалансного возбудителя колебаний, содержащее импульсный датчик положения вала, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов совпадения, первый сцетчик импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, а также триггер и индикатор, дополнительно содержит генератор импульсов и последовательно соединенные элемент 2 И-ИЛИ-НЕ, второйсчетчик импульсов и третий элементсовпадения, выход которого подключенк второму входу первого счетчика импульсов, а первый вход - к первомувыходу триггера, к второму входупервого элемента совпадения и к первому входу элемента 2 И-ИЛИ-НЕ, первый вход триггера соединен с вторымвыходом второго счетчика импульсов,а второй вход и второй выход - с вторым входом элемента 2 И-ИЛИ-НЕ, третийи четвертый входы которого подключены к выходу импульсного датчика положения вала, выход генератора импульсов связан с входом импульсного датчика положения вала и с вторым входом второго элемента совпадения, выходкоторого соединен с вторым входомвторого счетчика импульсов, а вход индикатора подключен к выходу первого элемента совпадения.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - эпюры напряжений на элементах генератора импульсов. Устройство содержит импульсный генератор 1, импульсный датчик положения вала 2 и измерительную схему 3. Импульсный генератор выполнен на первом 4 и втором 5 ключах, например на логических элементах И-НЕ, и кварцевом резонаторе 6, включенном между ключами 4 и 5. Ключи связаны между собой через элемент задержки, выполненный, например, на конденсаторе и резисторе 8. Вход ключа 5 также связан с резистором 9. Для развязки.94ключей 4 и 5 с импульсным датчиком2 выход первого ключа 4 связан с входом третьего ключа 10, а выход егосвязан с конденсатором 11, Импульсныйдатчик положения вала 2 выполнен насветодиоде 12 с инфракрасным излучением, фотодиоде 13 и содержит диск сфлажком (не показан), установленныйна валу электропривода возбудителяколебаний. Светодиод 12 подключен кконденсатору 11Измерительная схема3 содержит первый 14 и второй 15 эле-.менты совпадения, логический элемент16 2 И-ИЛИ-НЕ, второй счетчик импульсов 17 (двоичный),триггер 18, третийэлемент совпадения 19, первый счетчик20 импульсов и индикатор 21,Устройство работает следующим образом,В момент подачи питания на импульсный генератор ключи 4 и 5 находятсяв неустойчивом равновесии за счет подачи логического "0" на их входы, изкоторого схема, за счет обратной связи, скачком переходит в одно из квазиустойчивых состояний, момент 1 наэпюре напряжений. При этом состоянииключ 5 закрыт, значит на его выходевысокий уровень, соответствующий логической "1". В связи с этим начинается заряд конденсатора 7 до напряжения логической "1". При этом напряжение возрастает по экспоненциальному закону, В момент 2, когда напряжение на конденсаторе достигаетвеличины логической "1", ключ 4 закрывается, на его выходе высокийуровень напряжения. Замыкается петляобратной связи через кварцевый резонатор Ь, происходит опрокидываниесхемы в противоположном направлении,схема переходит во второе квазиустой%чивое состояние, во время которогопроисходит "разряд" конденсатора 7,и в момент времени 3, когда напряжение на конденсаторе снизится до уровня логического "0", схема возвращается в исходное состояние. Таким образом, переключением ключей 4 и 5 происходит генерирование импульсов, ко-.торые с выхода ключа 4 поступают наключ 10, конденсатор 11, на светодиод12, которые обеспечивают развязку генератора импульсов от нагрузки, импульсного датчика положения вала. Импульсный датчик содержит светодиодс инфракрасным излучением, подключенным к конденсатору 11 генератора импульсов 1, фотодиода, связанного с 5 10 20 25 Зо 35 ао 45 50 55 флажком, закрепленного на валу эпектропривода возбудителя колебаний. Диск. представляет собой круг из тонкого металла, например дюраля, и имеющий прямоугольный выступ (флажок) или несколько флажков равномерно распределенных по периметру круга. Коли" чество флажков определяется способом обработки информации. Флажок диска вращается вместе с валом электропривода между светодиодом и фотодиодом, определяя начало отсчета. При прохождении вала электропривода возбудителя колебаний через начало отсчета флажок диска закрывает зону облучения фото- диода 13 от светодиода 12, При этом первым входом элемента совпадения 15 разрешается заполнение импульсами двоичного счетчика 17 от генератора импульсов 1 через второй вход элемента совпадения 15 и счетный вход двоичного счетчика 17 импульсов. Выход третьего разряда счетчика 17 устанавливает через счетный вход триггер 18 в исходное положение, при котором сигнал с прямого выхода, подключенного к первому входу элемента совпадения, и импульс переполнения с четвертого разряда счетчика 17 импульсов, поступающий на вход элемента совпадения 19, устанавливает счетчик импульсов 20 в ноль, а также сигнал с прямого выхода триггера 18 разрешает прохождение импульсов через элемент совпадения 14 от фотодиода 13, подключенного к входу элемента совпаде. ния 14. Время подготовки измерительной схемы 3 значительно меньше времени перекрывания зоны излучения . флажком и может изменяться угловым размером флажка.При освобождении флажком зоны излучения импульсы со светодиода 12 принимаются фотодиодом 13 и от него поступают на счетный вход счетчика импульсов 20 и индикатор 21 через первый вход элемента совпадения 14. Импульсы от фотодиода поступают также на входы логического элемента 16, и в зависимости от состояния триггера 18 срабатывает одна из двух схем совпадения элемента 16 и устанавливает ,воичный счетчик импульсов 17 в ноль. Логический элемент 16 также защищает счетчик импульсов 17 от ложного заполнения во время измерения фазы и частоты измерительной схемой 3 и во время передачи или считывания инфор943664 7нации. При очередном перекрывании флажком зоны облучения фотодиода 13 светодиодом 12 счетчик 17 снова за" полняется, и импульс третьего разряда переводит триггер 18 благодаря связи инверсного выхода триггера 18 с входом О в обратное исходному состоянию, Сигнал с прямого выхода триггера 18 запрещает прохождение импульсов с фотодиода 13 на счетчик 20, а ,1 о также дает команду ЭВМ на считывание информации со счетчика 20. При этом с инверсного выхода сигнал поступает на второй элемент совпадения логического элемента 16, на вход О триггера ,1 ю 18, этим самым подготавливая, в первом случае, установку в ноль двоичного счетчика импульсов 17 и во втором случае - установку триггера 18 в исходное состояние при очередном пере- в крытии флажком зоны излучения импульсного датчика положения вала 1. Индикатор 21 позволяет измерять частоту дебаланса и представляет собой частомер-хронометр, включенный в ре з жим счета импульсов, Генератор импульсов 1, работая на частоте 10 - 1 О Гц, позволяет получить точность измерения фазы дебаланса возбудителя колебаний с точностью пять-шесть зна- в ков и соответственно при сшибе позволяет управляющему устройству (ЭВМ), получающему точную информацию, вывести соответствующее управляющее воздействие на электропривод для обеспечения стабильности частоты и фазы ва времени. Изобретение позволяет довести точность измерения до 5- 10 знаков и соответственно обеспечить точность управления пять знаков. Извест-в ное техническое решение обеспечивает точность измерения в три знака и соответственно точность управления порядка двух знаков. формула изобретенияУстройство для измерения фазы ичастоты вала дебалансного возбудителя колебаний, содержащее импульсный датчик положения вала, выход ко"торого подключен к первым входампервого и второго элементов совпадения, первый счетчик импульсов,первый вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, атакже триггер и индикатор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности устройства, оносодержит генератор импульсов и последовательно соединенные элемент2 И-ИЛИ-НЕ, второй счетчик импульсови третий элемент совпадения, выходкоторого подключен к второму входупервого счетчика импульсов, а .первыйвход - к первому выходу триггера, квторому входу первого элемента совпадения и к первому входу элемента2 И-ИЛИ-НЕ, первый вход триггера соединен с вторым выходом второго счетчика импульсов, а вторые вход и выход - со вторым входом элемента2 И-ИЛИ-НЕ, третий и четвертый входыкоторого подключены к выхоДу импульсного датчика положения вала, выходгенератора импульсов связан с входомимпульсного датчика положения вала ис вторым входом второго элемента совпадения, выход которого соединен свторым входом второго счетчика импульсов, а вход индикатора подключен к выходу первого элемента совпадения.Источники информации,принятые .во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРй 251433, кл. С 05 В 11/26, 1972.2. Авторское свидетельство СССРУ 652540, кл. С 05 О 19/02, 1976Заказ 5 ктная,лиал РПП "Патент", г.Ужгород, ул Тираж 9ИИПИ Государс по делам изоб 3035, Москва,Подлисенного комитета СССРтений и открытий