Цифровой тахометр

(71) Винницкий поли 15и П.Л,Мельничукехнический инстиВ.Б.реОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИй И ОТНРЫТИй тут(56) 1. Кирианаки Н,В., ДудыкевичМетоды и устройства цифрового измения низких и инфранизких частот.Львов, "Вища школа", 1975, с. 151-152, Экспресс-инФормация ПЭВТ,1974, вып. 48, с. 5-11 (прототип).(54)(57) ЦИФРОВОЙ ТАХОМЕТР, содержащий микро-ЭВМ, переключатель сигналов запуска и последовательно соединенные контактор, электродвигатель, растровый датчик угловых перемещений, схему управления, при этом второй выход контактора подключен к первому входу переключателя сигналов запуска, выход которого соединен с вторым входом схемы управления, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и уменьшения избыточности информации, в него введены компаратор, преобразователь код"напряжение, постоянное запоминающее устройство, счетчик, адреса, управляемый делитель частоты, триггер, схема совпадения, устройство квантования периода, буферный регистр и вычислительное устройство, причем второй выход растрового датчика угловых перемещений подключен к первому входу компаратора, выходом соединенного с третьим входом схемы управления, первый выход которой подключен к перному входу буферного регистра, а через устройство квантования периода - к первому входу микро-ЭВМ и к первому входу вычислительного устройства, выходом соединенного с вторым входом буферного регистра, выход которого подключен к второму входу микро-ЭВМ, к второму входу вычислительного устройства и к первому входу управляемого делителя частоты, выходом соединенного с четвертым входом схемы управления, второй выход которой подключен к второму входу устройстваквантования периода и к первому входу схемы совпадения, третий и четвертый выходы схемы управления соединеныс входами триггера, выходом подключенного к второму входу схемы совпа:дения, выход которой соединен с вторым входом компаратора, при этом первый выход растрового датчика угловыхперемещений подключен к второму входу переключателя сигналов запуска,выходом соединенного с третьим вхо- . дом микро-ЭВМ.1151Изобретение относится к измерительной технике, конкретнее к средствам измерения угловых скоростей, и может найти применение в машиностроении и приборостроении. 5Известно устройство измерения угловой скорости, содержащее датчик угловой скорости, устройство квантования периода и блок преобразования периода информативного сигнала в 10 число, пропорциональное скорости вращения.Принцип действия такого устройства основан на подсчете импульсов опорной частоты от образцового квар цевого генератора за промежуток времени Т между двумя или несколькими импульсами от датчика с последующим преобразованием период - угловая скорость. При нормировании динамической 20 погрешности такого. устройства сущест. венно уменьшается верхний предел из-. мерения угловой скорости. Для его расширения необходимо автоматически переключать пределы измерения, что 25 приводит к усложнению схемы прибора и сохраняет его функциональные возможности на том же уровне 1Однако такое устройство снабжено датчиком угловой скорости с низкой разрешающей способностью, что снижает его динамическую точность.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой тахометр, содержащий микро-ЭВМ, переключатель сигналов запуска и последовательно соединенные . контактор, электродвигатель, .растровый датчик угловых перемещений, схему управления, .при этом второй выход 4 контактора подключен к первому входу переключателя сигналов запуска, выход которого соединен с вторым входом ,схемы управления 2.Такое устройство реализует метод 45 квантования периода информативного сигнала с последующим вычислением по указанному в статье алгоритму угловой скорости, Несмотря на то, что датчик имеет высокую разрешающую 50 способность (Е= 10800), точность такого устройства низкая. Это обуславливается тем, что в динамическом режиме работы (при снятии характерис.тик разбега) погрешность такого та хометра определяется двумя составляющими " погрешностью дискретности и погрешностью усреднения скорости 888 3на пути 23/2 (2 - число штрихов круговой периодической, меры дискретного преобразователя угла). Причем первая составляющая погрешности особенно проявляется в области высоких иэмеряейых скоростей вращения, а вторая в области низких и зависят они от 2.Увеличение разрешающей способности приводит к уменьшению погрешности усреднения (начальный участок характеристики разбега) и к увеличению погрешности дискретности (установившийся режим), и, кроме того, в этом же режиме возрастает избыточность информации, а это приводит к необходимости увеличения объема запоминающего устройства микро-ЗВМ, увеличению времени обработки всей полученной информации. Этот недостаток можно было бы устранить путем использования датчика с высокой разрешающей способностью с последующим делением частоты.информативного сигнала (переключение диапазонов измерения). Но число переключателей невелико, а значит погрешность изменяется в широких пределах.Однако датчики с высокой разрешающей способностью и фиксированным 2 имеют ограниченный верхний предел измерения угловой скорости.Фиксированное значение 2 приводитк возникновению еще одной составляющей динамической погрешности, обусловлен -ной заменой объекта .измерения,так как не существует одинаковых объектов дажесреди объектов заданной номенклатуры, Например, если к цифровому тахометру, обладающему какой-то определеннойдинамической погрешностью, подключитьэлектродвигатель с более низкой постоянной времени, то динамическая погрешность возрастает, и наоборот, увеличение постоянной времени объекта ,измерения приводит к уменьшению динамической погрешности и к повышению избыточности информации.Из этого следует, что для минимизации динамической погрешности необходимо изменять разрешающую способность датчика.Цель изобретения - повышение разрешающей способности и уменьшение избыточности информации.Поставленная цель достигается тем,что в цифровой тахометр, содержащий микро-ЭВМ, переключатель сигналов запуска и последовательно соединенные контактор, электродвигатель, растро3 115 вый датчик угловых перемещений, схему управления, при этом второй выход контактора подключен к первому входу переключателя сигналов запуска, выход которого соединен с вторым входом схе. мы управления, введены компаратор, преобразователь код-напряжение, постоянное запоминающее устройство, . счетчик адреса, управляемый делитель частоты, триггер, схема совпадения, устройство квантования периода, буферный регистр, вычислительное устройство, причем второй выход растрового датчика угловых перемещений подключен к первому входу компарато-,5 ра, выходом соединенного с третьим входом схемы управления, первый выход которой подключен к первому входу буферного регистра, а через устройство квантования периода - к первому входу микро-ЭВМ и к первому входу вычислительного устройства, выходом соединенного с вторым входом буферного регистра, выход которого подключен к второму входу микро-ЗВМ, к второму входу вычислительного устройства и к первому входу управляемого делителя частоты, выходом соединенного с четвертым входом схемы управления, второй выход которой подключен к второму входу устройства квантования периода и к первому входу схемы совпадения, третий и четвертый выходы схемы управления соединены с входами триггера, выходом подключенного к второму входу схемы сов. падения, выход которой соединен е вторым входом управляемого делителя частсты, а через последовательно соединенные счетчик адреса, постоянное запоминающее устройство и преоб 40 разователь код-напряжение - с вторым входом компаратора, при этом первый выход растрового датчика угловых перемещений подключен к второму входу переключателя сигналов запуска,41 выходом соединенного с третьим входом микро-ЗВМ. 1888 4 На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; 50 на фиг, 2 - его временные диаграммы.Цифровой тахометр содержит контактар 1, электродвигатель 2, раст" ровый датчик 3 угловых перемещений, компаратор 4, схему 5 управлений, устройство б квантования периода, микро-ЭВМ 7, схему 8 совпадения, триггер 9, счетчик 10 адреса, постоянное запоминающее устройство 11, преобразователь 12 код-напряжения, управляемый делитель 13 частоты, буферный регистр 14, вычислительное устройство 15 и переключатель 16 сигнала запуска.Контактор 1 вторым выходом подключен к переключателю сигнала запуска, выход которого соединен со схемой 5 управления и микро-ЭВИ 7, а первым выходом контактор 1 подключен к электродвигателю 2, вал которого сочленен с осью модулятора растрового датчика 3 угловых перемещений, имеющего два выхода. Выход 2 - основной информативный выход (выход зп-сигнала) соединен с одним иэ входов компаратора 4, выход которогоподключен к основному входу (вх,3)схемы 5 управления. Выход растрового датчика 3 (выход соз-сигнала) подключен к переключателю 16 сигнала запуска и к первому входу (вх. 1) схемы5 управления. Выход 1 схемы управления является информативным ее выходом,подключен к одному из входов устройства 6 квантования периода, к второмувходу которого подключен второй выход(вых,2) - выход опорного сигнала схемы 5 управления, Устройство 6 квантования периода своим выходом подключе"но к одному из входов микро-ЭВИ, а также к одному из входов вычислительного устройства 15, выход которого соединен с вторым входом буферногорегистра, первый вход которого подклю-. чен к выходу 1 (вых. 1) схемы 5 управления. Кроме того, вторые входы микро-ЭВМ 7, вычислительного устройства 15, а также кодовый вход управляемого делителя 13 частоты подключены к выходу буферного регистра 14. Второй вход управляемого делителя 13частоты, а также вход счетчика 10 адреса подключены к выходу схемы совпадения, один вход которой подключен к второму выходу (вых. 2) схемы управления, а второй ее вход соединен свыходом триггера 9, входайи подключенного к третьему и четвертому выходам схемы 5 управления, Выход управляемого делителя частоты соединенс четвертым входом (вх. 4) схемы управления. Счетчик 10 адреса, постоянное запоминающее устройство 11 и преобразователь 12 код-напряжение соединены последовательно, а выход по"следнего подключен к второму входулмпаратора, Контактор 1 служит дляодновременного запуска исследуемого электродвигателя 2, микро-ЭВМ 7 и ее устройства сопряжения с датчиком 3.Переключатель сигнала запуска служит для управления работой всего уст ройства. Коэффициент его пересчетного устройства выбирается таким, чтобы полностью заполнить отведенные ячейки ОЗУ микро-ЭВМ информацией о периодах информативного сигнала, 10Устройство работает в два такта. В первом такте происходит квантование периодов информативного сигнала датчика и запись информации в ОЗУ микро-ЭВМ, Квантование начинается 15 по получении сигнала от схемы 16 одновременно с включением электродвигателя. Счетчик переключателя сигнала запуска считает число периода на втором выходе растрового датчика, 20 Импульс переполнения счетчика переключателя сигналов запуска поступает на схему 5 управления и прекращает квантование периодов сигнала датчика, а также поступая на микро-ЭВМ 25 дает команду на обработку информации- вычисление по заданному алгоритму значений угловой скорости, динамического момента, т.е. разрешение на начало второго такта работы. ЗОПервый такт работы цифрового та,хометра.Информативный сигнал синусоидаль,ной формы (Б=Б 81 ПЧ) с второго вы хода датчика 3 поступает на один из входов компаратора 4, где .осуществляется его неравномерное квантование с целью преобразования крутизны синусоиды, которая изменяется с изменением измеряемой скорости, в час тоту следования импульсов. Это позволяет повысить разрешающуюспособность цифрового тахометра, Напряжение П, сравнивается с выходным напряжением преобразователя 12 код-на пряжение (ПКН) при помощи компаратора 4. Уровни напряжения ПКН соответствуют значениям сигнала Б зхпМ через И 9, т,е.О=О з. ТИ; О:О эЬ гЦ 50.и т д. Входные коды ПКН, обеспечивающие значения Б Ни Ц задаются при помощи постоянного запоминающего устройства ПЗУ 11.Адресные входы .55 ПЗУ подключенык счетчику 10 адреса. Для реализации непрерывного квантования сигнала Б с выхода компаратора 4 на вход счетчика 10 адреса через схему 5 управления заведена цифровая положительная обратная связь.При совпадении каждого уровня выходного напряжения КПН с напряжением 0на выходе компаратора появляется импульс, т.е. происходит преобразование крутизны синусоидального сигналав частоту. Эта последовательностьимпульсов поступает на второй входсхемы 5 управления и проходя ее подается на устройство 6 квантованияпериода, а на первый вход схемы 5управления с второго выхода датчика3 подается сигнал прямоугольной формы, сдвинутый относительно П на Т/2.Это необходимо для различия четвертей периода. сигнала Б Кроме того,перепад напряжений на выходе компаратора 4 формируется формирователямиФ 1 и Ф 2, входящими в схему 5 управления, в зависимости от значенияБ =0 соз М и управляет работой триггера 9. Последний устанавливается всостояние условной " 1", открывая схему 8 совпадения, и импульсы от генератора опорной частоты, входящего всхему 5 управления, с второго ее выхода поступают на счетчик 10 адреса,Каждый прошедший через схему 8 совпадения импульс устанавливает счетчик10 в новое состояние, а триггер 9в состояние условного "0", Таким образом, замыкая цепь обратной связи,производят умножение инФормативногосигнала в 18 Раз. Периоды этого сигнала,квантуются опорной частотой Г (вых.2схемы 5 управления) в схеме 6 квантования периода, и коды подаются в мик"ро-ЭВМ 7, а также в вычислительноеустройство 15, в котором осуществляется определение разрешающей способности датчика на основе информации одинамических характеристиках объектаизмерения.Алгоритм работы вычислительногоустройства определяется следующим образом. В процессе разбега электродвигателя скорость вращения его валаизменяется по такому закону:.ц=,- "),где и - скорость вращения при установившемся режиме работы;- электромеханическая постоянная времени электродвигателяЭта зависимость может быть апроксимирована9 1151888 )Ого кода, поступающего с выхода буфер- Погрешность измерения угловой сконого регистра 14, делитель выдает 1 рости определяется двумя составляюимпульсов, таким образом осуществля- щими:ется измерение разрешающей способности устройства в соответствии с тре 1 ВЮКбуемым алгоритмом. ию,Мгновенные значения угловой скорости вычисляются в микро-ЭВМ на основеинформации Мт. и Е,Устройство имеет более высокуюточность.10Достоинство устройства заключаетсяв том, что разрешающая способность датчика изменяется в каждом цикле измерения, а не 1-2 раза на весь диапазон измерения,Ы к, г. н,где К=6 О К, .Чтобы не загромождать память микро-ЭВМ при вычислении экстраполирован ного значения разрешающей способности тахометра использовано вычислительное устройство 15.Использование такого тахометра позволит повысить разрешающую способность в 18 раз.Изменение разрешающей способности датчика позволяет поддерживать заданную погрешность во всем диапазоне измерения, 25 Кроме того, изменение разрешающей способности датчика цифрового тахометра уменьшает избыточность информации.Применение такого тахометра в машиностроении, приборостроении позволит повысить точность измерения угловой скорости, достоверность контроля качества электродвигателя,что приведет к повышению качества выпускаемой продукции."Патент", г,уагор ул.Проектная,.4 Тираж 897 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 4/5