Устройство для измерения параметров вращения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК уе ггггГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР И АВТОРСКОМУ С(56) Авторское свидетельство СССР 957109, кл. С 01 Р 3/56, 1980.Заявка Р 4139303/24-10(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРЯЕНКЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, Пелью изобретения является расширение динамического диапазона измерения разности частот врашения двух валов, Для этого в уст ройство, содержащее два импульсных техометра 1 и 3, два счетных триггера 2 и Л, два программируемых таймера 9 и 10, на нулевых счетчиках которых построены программно управляемые делители частоты, а на осталь1613960 ных - измерители периодов сигналов с датчиков, а также блок 16 вычисления, например микроЭВМ, введен блок 5 предварительного измерения разности частот. В случае; если абсолютные значения частот вращения велики, а разность между ними мала блок 5 поз 9воляет получить информацию о том, сколько периодов сигналов с датчиков необходимо квантовать импульсами Изобретение относится к измерительной технике и.может найти применение в научно-исследовательских и заводских лабораториях для измерения разности скоростей вращения рабочих органов машин и механизмов,Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерения разности частот вращения двух валовНа фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения параметров вращения; на фиг.2 - структурная схема. блока предварительного измерения разности частот.Устройство для измерения параметров вращения содержит первый импульсный тахометр 1, выход которого соединен с входом первого счетного триггера 2, второй импульсный тахометр 3, выход которого подключен к входу второго счетного триггера 4, блок 5 предварительного измерения разности частот, первый вход которого соединен с выходом первого счетного триггера 2, а второй вход - с выходом второго счетного триггера 4, первый 6 ивторой 7 инверторы, генератор 8 эталонной частоты, выход которого подключен к третьему входу. блока 5 предварительного измерения разности частот, к счетным входам С первого СТ 1 и второго СТ 2 счетчиков первого программируемого таймера 9, к счетным входам первого СТ 1 и второго СТ 2 счетчиков второго программируемого таймера 10, выход первого счетного триггера 2 соединен со счетным входои С нулевого счетчика СТО первого программируемого таймера 9, выход второго счетного триггера 4 подключен к счетному входу С нулевого счет пка СТО второго програмиируеио 20 25 30 35 40 45 50 55 эталонного генератора 8, чтобы достичь необходимой точности измерения, значение которой предварительно введено в блок 16 вычисления. Блок 5 содержиФ частотный компаратор, блок выделения разностной частоты, логические схемы И и ИЛИ и третий программируемый таймер, с помощью которого определяется значение разност - ной частоты, 2 ил. го таймера 10, вход первого инвертора 6 соединен с выходом 0 нулевого счетчика СТО первого программируемого таймера 9, с первьм входом программируемого контроллера 11 прерываний и с разрешающим входом Р первого счетчика СТ 1 первого программируемого таймера 9, а выход - с нулевым входом программируемого контроллера 11 прерываний, с разрешающим входом Р второго счетчика ГТ 2 первого программируемого таймера 9, вход второго инвертора 7 подключен к счетному входу С нулевого счетчика СТО второго программируемого таймера 10, к третьему входу программируемого контроллера 11 прерываний и к разрешающему входу Р первого счетчика СТ 1 второго программируемого таймера 10, а выход - к второму входу программируемого контроллера 11 прерываний и к разрешающему входу Р второго счетчика СТ 2 второго программируемого таймера 10, первый выход блока 5 предварительного измерения разности частот соединен с четвертым входом программируемого контроллера 11 прерываяФ, а второй выход блока 5 предварительного измерения разности частот подключен к пятому входу программируемого контроллера 11 прерываний, посред твом системной шины 12 центральный процессор 13 связан с блоком 14 оперативной памяти и блоком 15 индикации, входящими в состав блока 16 вычисления, а также с первым 9 и вторым 10 программируемыми таймерами, программируемым контроллером 11 прерываний и блоком 5 предварительного измерения разности частот.Блок 5 предварительного измерения разности частот включает в себя частотный коипарятор 17, первый выход5 161которого подключен к первому входупервой логической схемы И 18 и кпервому входу второй логической схемы И 19, второй выход - к первомувходу третьей логической схемы И 20и к первому входу четвертой логической схемы И 21, первый вход - к второму входу первой логической схемыИ 18 и к второму входу третьей логической схемы И 20, а второй вход -к второму входу четвертой логическойсхемы И 21, первую логическую схемуИЛИ 22, первый вход которой соединенс выходом второй логической схемыИ 19, а второй вход " с выходом третьей логической схемы И 20, вторуюлогическую схему ИЛИ 23, первыйвход которой подключен к выходу первой логической схемы И 18, второйвход - к выходу четвертой логическойсхемы И 21, а выход - к второму входу устройства 24 выделения разностной частоты, выход первой логическойсхемы ИЛИ 22 соединен . с первымвходом устройства 24 выделения разностной частоты, третий инвертор 25,вход которого подключен к выходуустройства 24 выделения разностнойчастоты, к разрешающему входу Р нулевого счетчика СТО третьего программируемого таймера 26 и к пятомувходу программируемого контроллера11 прерываний а выход - к разрешающему входу Рпервого счетчика СТ 1,третьего программируемого таймера26 и к четвертому входу программируемого контроллера 11 прерываний,счетный вход С нулевого счетчикаСТО третьего программируемого таймра 26 соединен с выходом генератора8 эталонной частоты и со счетнымвходом С первого счетчика СТ 1 третьегопрограммируемого таймера 26, первыйвход частотного компаратора 17 подключен к выходу первого счетноготриггера 2,. а второй вход - к выходувторого счетного триггера 4, информационная шина третьего программируемого таймера 26 связана с системнойшиной 12 блока 16 вычисления,Устройство для измерения параметров вращения работает следующимобразом.При подаче напряжения питанияна устройство центральный процессор13, согласно подпрограмме инициализации, дает команду, запрещающуюпрерывания, и осуществляет програм 3960 6мирование блоков таким образом, что счетчики СТО первого 9 и второго10 программируемых таймеров работаютв режиме деления частоты и в нихзаписывается число 1. Первые СТ 1 ивторые СТ 2 счетчики первого 9 ивторого 10 программируемых таймеров, а также нулевой СТО и первый СТ 1счетчики третьего программируемоготаймера 26 настраиваются на режимпрерывания терминального счета. Контроллер 11 прерываний программируется на работу с равным приоритетом повсем входам. Программа инициализациизавершается командой, разрешающейпрерывания . Импульси, сформированные первым 1 и вторим 3 импульснымитахометрами поступают через первый 2 20 и второй 4 счетные триггеры, выделяющие их периоды, на нулевые счетчикиСТО первого 9 и второго 10 программируемых таймеров. Поскольку коэффициент деления нулевых счетчиков 25 СТО равен 1, то частота импульсовне изменяется.В результате этого на разрешающемвходе Р одного из счетчиков первогопрограммируемого таймера 9 (напримерСТ 1) установится уровень " 1" на врывмя, равное периоду импульса, выработанного импульсным тахометром 1.Этот счетчик начинает регистрациюимпульсов эталонной часто 1 ы, Лоокончании импульса, разрешающего работу счетчика, в нем будет зафиксировано число:Т 1И (1)1 Т фгде Т 1 - период сигнала, сформированного первым импульснымтахометром 1;Т - период импульсов эталоннойочастоты генератора 8.Перепад напряжения из "0" в "1"на нулевом входе программируемогоконтроллера 11 прерываний вызоветцентральный процессор 13 из режимаожидания, Следуя этому сигналу ипрограмме его обработки, центральный 50процессор 13 запишет число И, зафиксированное первым счетчиком СТ 1 первого программируемого таймера 9 впервую ячейку блока 14 оперативнойпамяти и, подготовив счетчик к новому циклу регистрации, вернется к режиму ожидания прерьгвания.Одновременно с этим на разрешающем входе Р одного из счетчиков(например СТ 1) второго программируемого таймера 10 установится уровень"1" на время равное периоду сигнаЭла, сформированного вторым импульсным тахометром 3; Первый счетчикСТ 1 второго программируемого таймера10 регистрирует импульсы генератора8 эталонной частоты в течение указанного времени, По окончании импульса счетчик прервет регистрациюи зафиксирует число: НоЯ Тгде Т - пе(2) 15риод импульса, сформированного вторым импульснымтахометром 3,Перепад напряжения из "0" в " 1"на втором входе программируемого 2 Оконтроллера 11 прерываний выведетцентральный процессор 13 из режимаожидания. Следуя этому сигналу иподпрограмме его обработки, цектральный процессор 13 перепишет число 25И, зафиксированное первым счетчиком СТ 1 второго программируемоготаймера 10, во вторую ячейку блока14 оперативной памяти и наложитмаску программным путем на нулевой, 30первый, второй и третий входы программируемого контроллера прерываний,блокирующего прерывания центральногопроцессора 13 по указанным входам.Подготовив счетчик к новому циклуработы, центральный процессор 13возвращается в реха ожиданияпрерывания,Частотный компаратор 17 сравниваетчастоты импульсов, сформированных 40первым импульсным тахометром 1 (.,)и вторым импульсным тахометром 3(Й 2). В случае, если й-Е на первом входе Больше" частотного компаратора 17 установится уровеньа на втором входе "Меньше" - уровень "0", В результате этого третья20 и четвертая 21 логические схемыИ оказываются заблокированными. Импульсы частоты 11, сформированныепервым импульсным тахометром 1, через первую логическую схему И 18 ивторую логическую схему ИЛИ 23 поступают ка второй вход устройства 24выделения разностной частоты, Импульсы частоты Й , сформированныевторым импульсным тахометром 3, через вторую логическую схему И 19 ипервую логическую схему ИЛИ 22 постулают на первый вход устройства 24 выделения разностной частоты, которое Формирует импульс частотойфР= га(3)ЕслГ ЙГ, то на первом выходе "Больше" частотного компаратора 17 будет установлен уровень "0", а на втором выходе Меньше" - уровень "1", В результате этого заблокированными оказываются первая 18 и вторая 19 логические схемы И. Импульсы частоты Г 1 через третью логическую схе;у И 20 и первую логическую схему ИЛИ 22 поступают на первый вход устройства 24 выделения разностной частоты, Импульсы частоты 22 через четвертую логическую схему И 21 и вторую логическую схему ИЛИ 23 поступают на второй вход устройства 24 выделения разностной частоты, Формирующее импульс, частота которого составляет:К= Е- Е.2, (4)На разрешающем входе Р одного из счетчиков (например СТО) третьего программируемого таймера 26 будет установлен уровень " 1" на время, равное половине периода импульса, частота которого равна разности частот, сформированных импульсными тахометрами 1 и 3. По окончании импульса в счетчике будет зафиксировано число; т - ьХ 1(5)2 То 2 То( 2)где Т - период импульса, сформированного устройством 24,Перепал напряжения из "0" в "1"ка четвертом входе программируемогоконтроллера 11 прерываний выведетцентральный процессор 13 из режимаожидания, Следуя этому сигналу иподпрбграмме обработки прерывания,центральный процессор 13 запишет втретью ячейку блока 14 оперативкойпамяти число Ио, зафиксированноесчетчиком СТО третьего программируемого таймера 26,Если уровень "1" будет установленна разрешающем входе Р первого счетчика СТ 1 третьего програькируемоготаймера.26, то сигнал прерываниябудет сформирован на пятом входепрограммируемого контроллера 11 прерываний. Таким образом, число будетзафиксировано счетчиком СТ 1 и попрерыванию обмен информацией будет(12) 9осуществляться между оперативным запоминающим устройством 14 и этим счетчиком. После этого центральный процессор Формирует сигнал, запрещающий прерывания, и приступает к вычислению коэффициента К, показывающего в течение скольких периодов информативных сигналов необходимо производить измерения для обеспечения заданной точности.Период импульса рязностной частоты составляет: где .т - разность периодов инфо мативных сигналов,С учетом формул (1), (2), (5)ОтсюдаТоМ 1 Тобй ТОА Д а2 тоно 2 ИНо с другой стороны погрешностьрегистрации разности за К периодовсоставляет: Из выражений (8) и (10) можно получить Погрешность измерения вводится в блок вычисления (например, микроЭВМ) 16 в диалоговом режиме и хранится в ячейке блока 14 оперативной памяти,Исходя из зарегестрированных значении и введенной погрешности центральный процессор 13 осуществляет вычисление коэффициента К по формуле (12). Результат расчета записывается в нулевые счетчики СТО первого 9 и второго 10 програепеируемых таймеров. 10Для второго этапа работы необходимо ввести коррекцию в программирование внешних устройств микроЭВМ,в роли которых выступают программируемые таймеры 9, 10 и 26 и программируемый контроллер 11 прерываний.На четвертый и пятый входы контролера прерываний программным путем на.10кладывается маска,исключающая влияние блока 5 предварительного измерени разности частот на работу устройства:, Третий ерогряеемируемый таймер ня втором этапе регистрации5эначенй не работает,Первый .-:тяп изьеерения зввершаетсякомандой, разрешающей прер.евягия.Импульсы, сформированные первым тахометром 1 через первый триггер 220 поступают на нулевой счетчик СТОпервого прогряммируюшего таймера 9,Псслегний преобразует их в соответствии с выражением,Те = КТ (13)Где 7, - период импульсов на входепервого С 71 и второго С 72счетчиков;первого .;рограмми;ус: Ого та пеера 9;Г. ЙОД емт, льсов, сФОрмиро30 вя:.нь.х - .яры;1 м тахометром 1;К - еоэфФициент записанный в нулевой четник СТО первого про.ряммируюепега таймера 9,В резуль"яте этого ня разрешающемвходе Р первого С 71 или второго СТ 2счетчиков (например второго СТ 2.) пер"ного программируемого таймера 9 будет установлен уровень "1" ня время,равное половине периода импульса,Щ сформированного нулелым счетчикомСТО эта:о же таймера или К 7,1. Второйсчетчик СТ 2 Фиксирует импульсы э.алонной -:ястоты генератора 8, покана его разрешающем входе Р сохранится уровень " 1", ПО окончании полупериода информативного импульса наразрешающем входе Р этого счетчикабудет установлен уровень 0 исчет прекратится. Тякепе образомбудет заФиксировано число:И(14)Перепад напряжения из "0" в " 1"на нервом входе прогряммируе 55,мого контроллера. прерываний, 11 выведет центральный процессор 13 из режима ожееееания, Следуяэтому си:налу и программе его обработки, центральный процессор 13 пеИ (15)Т.дна третьем входе программируемого контроллера 11 прерываний выведет центральный процессор из режима ожиданияСледуя этому сигналу и и программе обработки, центральный процессор 13 дает команду, запрещающую прерывания, и пересылает число И, зафиксированное счетчиком СТ 2 второго программируемого таймера 10, во вторую ячейку блока 14 оперативной памяти и приступает к обработке результатов по формуле(16) или (17):М - Иг(17) Выбор большего из зарегистрированных значений 11 и И , а в соответствии с этим и расчетной формулы осуществляется программно, Вычисленное значение выводится на блок 15 индикатора.В предлагаемом устройстве целесообразно использовать микроЭВИ "Электроника МС 040 1" или любую другую, построенную на базе микропроцессорного комплекта К 580, КР 580, имеющую достаточный объем оперативной памя 11 161 решлет зафиксированное значение И в ячейку блока 14 оперативной памяти. Увеличив адрес ячейки памяти и подготовив к новому циклу работы счетчик СТ 2 первого программируемого таймера 9, центральный процессор 13 возвращается в режим ожидания прерыванит.Одновременно с этим, импульсы, выработанные вторым тахометром 3, пройдя второй триггер 4 и нулевой счетчик СТО второго программируемого таймера 10, установят на разрешающем входе Р одного из двух других счетчиков (например СТ 2) этого же таймера уровень "1" на время, равное полупериоду импульса, сформированного нулевым счетчиком СТО второго программируемого таймера 10 или КТ . По окончании полупериода импульса на разрешающем входе Р будет установлен уровень "0", счет прекратится, а в . счетчике будет зафиксировано число: 3960 12 ти и включающую в себя перечисленные блоки. Формула изобретения 5. Устройство для измерения параметров вращения, содержащее два импульсных тахометра, два счетных триггера, 1 Одва программируемых таймера, генера- отор эталонной частоты, два инвертора, программируемый контроллер прерываний и блок вычисления, выполненный в виде центрального процессора,блока оперативной памяти и блокаиндикации, связанных между собойсистемной шиной, причем выходы первого и второго импульсных тахометровсоединены с входами первого и второгосчетных триггеров соответственно,выход первого счетного триггера соединен со счетным входом нулевогосчетчика .первого программируемоготаймера выход которого соединен сразрешающим входом первого счетчикапервого таймера и с первым входомпрограммируемого контроллера прерываний, а через первый инвертор - сразрешающим входом второго счетчикапервого таймера и с вторым входомкрнтроллера прерываний, выход нулевого счетчика второго программируемого таймера соединен с разрешающимвходом первого счетчика второго таймера и с третьим входом программируемого контроллера прерываний,а через второй инвертор - сразрешающим входом второго счетчика второго таймера и с четвертым входом .программируемого 40контроллера прерываний, при этомсчетные входы первых и вторыхсчетчиков первого и второгопрограммируемых таймеров соединеныс выходом генератора эталонной частоты, а первый и второй программируемые таймеры и программируемый контроллер прерываний соединены с общейшиной блока вычисления, о т л и ч а - 50ю щ е е с я тем что с целью расФФширения динамического диапазона измерения разности частот вращения,дополнительно введены частотный компаратор, четыре схемы И, две схемыИЛИ, блок выделения разностной частоты, третий инвертор и третий программируемый таймер, причем выходпервого счетного триггера соединенс первым входом частотного компара14 Составитель А. КирилюкТехред М.Дидык КорректоР А.Осауленко ктор аз 3890 Тираж 462 НИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, Рс КИТ СССР крытия д, 4/5 11 11изводственно-издательский комбинат Патент , г. Ужг нн 13 16 тора и первыми входами первой и второй схем И, выход второго счетного триггера соединен со счетным входом нулевого счетчика второго программируемого таймера, с вторым входом частотного компаратора и с первыми входами третьей и четвертой схем И, первый выход частотного компаратора соединен с вторыми входами первой и третьей схем И, а второй выход - с вторыми входами второй и четвертой схем И, первый и второй входы первой схемы ИЛИ соединены.с выходами второй и третьей схем И, а первый и второй входы второй схемы ИЛИ - с выходами первой и четвертой схем И, выходи первой и второй схем ИЛИ сое 139 бОдинены с первым и вторым входамиблока выделения разностной частоты,выход которого соединен с разренающим входом нулевого счетчика третьего программируемого таймера, и с пятым входом программируемого контроллера прерываний, а через третий инвертор - с разрешаюцим входом перво 10го счетчика третьего программируемого таймера и с шестым ходом программируемого таймера, при этом счетныевходы нулевого и первого счетчиковтретьего программируемого таймерасоединены с выходом генератора эталонной частоты, а третий программируемый таймер соединен с системнойвиной блока вычисления,