Устройство для измерения скорости

СОЮЗ СОВГТСКИХСОЦИЛЛИС ТИНЕ СКИХРЕСПУБЛИК РЗ/ 5) КОМИТЕ 1И ОТКРЬТ ОСУДАРСТВЕН 1 ЬО ИЗОБРЕТЕНИЯРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН М 32В,Л,М В,Д,Ма детельство СССР 1 Р 3/48, 1988, ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОтносится к автомагике и ехнике и может быть исемах управления техноновками для контроля ения рабочих органов, - упрощение устройствабыстродействия. СущИзобретение вычислительной использовано в с нологическими ус скорости переме томатике и ожет быть вления техя контролях органов,относится к технике и истемах упртановками д щения рабо елитель 4 (фиг,2) состоитм 21 22 типа К 155 ИГ 0 например, типа К 155 и инвертораЛН 1.Управляеализации нач ор кода 9 (для вий в соответ и геньных К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение овычислительной тпольэовано в сисглогическими устаскорости перемевЦель изобретенияи повышение его Цель изобретения - упрощение устроиства и повышение его быстродействия.На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг,2 - принципиальные схемы управляемого делителя, управляемого генератора кода и регистра сдвига; на фиг.З - зависимость скорости перемещения подвижного органа от периода следования импульсов с выхода датчика; на фиг.4 - временная диаграмма работы устройства в старшем диапазоне.Устройство (фиг,1) содержит датчик перемещения 1 с импульсным выходом, сопряженный с подвижным органом 2Ж 1673981 А 1 ность изобретения состоит в том, что диапазон измеряемых частот разбит на участки, в пределах которых для определенной частоты генератора обеспечивается заданная точность, а в качестве генератора используется генератор импульсов 3 и управляемый делитель частоты 4, в котором в зависимости от измеряемой скорости его частота устанавливается автоматичеси в течение одного-двух периодов импульсов от датчика перемещения 1, что повышает быстродействие устоойства. Использование управляемых геиератсров 9, 10, 11 цифровых кодора, регистра сдвига 8, схемы 12 сравнения кодов, решифратора 13 нулевого согтояния поэволяот существенно упростить схему устройства, 4 ил,скорость перемещения которого измеряет ся, В устройство также входят генератор импульсов 3, управляемый делитель 4 частоты следования импульсов, десятичный вычитающии счетчик 5, регистр индикации 6, цифровой индикатор 7, регистр сдвига 8, первый 9, второй 10 и третий 11 управляемые генераторы цифровых кодов, схема 12 сравнения кодов, дешифратор 13 нулевого состояния, первый 14, второй 15 и третий 16 элементы ИЛИ на два входз. первый 17 и второй 18 элементы задержки, схема синхронизации 19 и кнопкавпуск сО,Управляемый диз двух микросхе23, 1613981вии с фиг.3) состоит из группы элементовИЛИ 24-28 и коммутирующих цепей,Регистр сдвига 8 состоит из микросхемы 29 типа 155 ИР 2, О-триггера 30, например, типа 155 МТ 1 и двух инверторов 31 и 532, например, типа 155 ЛН 1,Устройство работает следующим образом.Разрешающая способность датчика 1, атакже разрядность регистра 8, значения кодов генераторов кодов 9, 10, 11 и частотаследования импульсов с выхода генератора3 определяются предназначением устройства. Предположим, устройство применяютдля измерения скорости перемещения пуансона пресса в диапазоне б - 120 мм/мин сточностью +-10 . В качестве датчика 1 приэтом можно испольэовать, например, датчик типа ДДР - 10 с 256 отсчетами на одиноборот вала, 20При механическом сопряжении датчика1 с пуансоном, например, с помощью ролика диаметром 60,6 мм и повышающего редуктора с коэффициентом редукции триразрешающая способность датчика 1 составляет КредПдатч30На фиг.З представлена зависимостьскорости перемещения подвижного органа2 от периода следования импульсов с выхода датчика 1,Для удобства гиперболическая функция представлена на двух участках масштабирования: в диапазоне скоростей6-28 мм/мин, ось периода Та, а в диапазоне 28 ч.120 мм/мин - ост Ть.Гиперболическая функция представлена в виде "трубки" допудстимой погрешности (10). В пределах этой "трубки"произведена кусочно-линейная аппроксимация, позволяющая заменить гиперболическую функцию кусочно-линейной, 45На фиг.З видно, что требуемую точностьобеспечивают четыре отрезка линейнойфункции с точками перегиба, соответствующими скоростям перемещения подвижногооргана; 12, 28 и 60 мм/мин, В таблице приведены результаты обработки графика функции по фиг,З. В таблице:Чмин - минимальная скорость диапазона,Чмакс - максимальная скорость диапазона,Т 1 - период (с) следования импульсовдатчика, соответствующий Чмин,Т 2 - период, соответствующий Чмакс: 10 - . 10 характеЛТТ 2 - Т 1макс минризует крутизну участка линейной аппроксимации, деление на десять уменьшает ошибку округления при аппаратной реализации,Расчетная величина начальной скорости диапазона используется в качестве начального значения, по которому путем вычитания текущего значения скорости, определяемого периодом следования импульсов датчика 1, определяется истинная скорость, Графически (фиг,З) Чеерк пред ставляет собой условную точку на продолжении участка аппроксимации. В формуле для Чаерк ХТ 2 - временной интервал, соответствующий старшим диапазонам (фиг.З), т,е, если, например, рассчитывается значение Чаерк для первого диапазона, то необходимо учесть время, соответствующее Т 2 второго, третьего и четвертого диапазонов. Для четвертого диапазонаХТ 2 =О,1 зак - расчетная частота следования импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 5 при замере периода, в диапазоне, Гц;ЛТ/ЛЧ:10К 1, К 2 - коэффициеты умножения каскадов управляемого делителя 4 (фиг,2);Ьзам - реальная частота следования импульсов на выходе делителя 4 с учетом К 1 и К 2.После включения устройства нажимается кнопка "Пуск" 20 (фиг.1), Сигнал с выхода кнопки устанавливает в нулевое состояние десятичный счетчик 5. Дешифратор 13 нулевого состояния счетчика 5 при этом вырабатывет сигнал, который через элемент ИЛИ 15 устанавливает в нулевое состояние управляемый делитель частоты 4 и, поступив на вход установки в ноль регистра индикации б, также устанавливает его в нулевое состояние. вследствие чего на индикаторе 1 будет индицироваться нулевое значение скорости, Сигнал с кнопки 20 через элемент ИЛ И 14 поступает также на синхронизируемый вход схемы синхронизации 19, но так как подвижный орган 2 находится в покое, то с выхода датчика 1 сигналы на синхронизирующий вход схемы 19 не поступают и на ее выходе сигнала нет. При движении органа 2 вследствие его механической связи с датиком перемещения 1датчик начинает вырабатывать импульсы, частота следования которых определяет скорость перемещения органа 2, а их число - величину пройденного пути, После начала движения органа 2 первый импульс с выхода датчика 1 поступает на вход управления записью регистра индикации 6, но не меняет его состояния, так как счетчик 5 находится в нулевом состоянии, одновременно импульс с выхода датчика 1 поступает на синхрониэирующий вход схемы синхронизации 19, и сигнал с ее выхода через элемент ИЛИ 15 поступает на В-вход управляемого делителя 4, не изменяя его начального состояния, импульс с выхода схемы синхронизации 19 воздействует также на вход "Запись" регистра сдвига 8, и на его выходе устанавливается код "1000", соответствующий управлению работой устройства в четвертом диапазоне (фиг,З). Импульс с выхода датчика 1 через элемент задержки 17 и элемент ИЛИ 14 поступает также нэ синхронизируемый вход схемы синхронизации 19. автоматически подготавливая устройство к работе в следующем цикле измерения скорости при поступлении каждого последующего импульса с выхода датчика 1, После установки на выходе регистра 8 начального кода "1000" управляемые генераторы кодов вырабатывают соответственно: генератор кодов 10 двоичный код "00000 010011", соответствующий значению К 1 = О, К 2 = 19 по таблице;генератор кодов 9 - двоично-десятичный код 0001 1001 1000 0001, соответствующий значению Чв рх = 1981 по таблице;- генератор кодов 11 - двоично-десятичный код "0110 0000", соответствующий Чин =- 60 четвертого диапазона по таблице.После установки кодов на выходах генераторов кодов 9, 10, 11 импульс с выхода схемы синхронизации 19 через элемент ИЛИ 16, задержанный элементом 18, воздействует на вход "Запись" счетчика 5 вследствие чего код генератора 9 записывается в счетчик 5, нэ выходе дешифратора 13 сигнал нулевого состояния исчезает, управляемый делитель 4 начинает вырабатывать импульсы с частотой следования 1 = 6250 Гц (фиг 4), счетчик 5 начинает работать на вычитание, Если скорость перемещения органа 2 находится в пределах старшего диапазона, то второй импульс с выхода датчика 1 будет выработан раньше, чем сигнал сравнения схемы 12, фиксирующей границу диапазона. При этом импульс с выхода датчика 1, поступив на вход "Запись" регистра индикации 6, пе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 г,репишет код измеренной скорости в Регистр индикации б из счетчика 5, на индикаторе 7 будет отображено значение скорости, код которсй также поступает на выход устройства для использования, например, в автоматизированных системах управления, Пусть, например, скорость органа 2 составляет 80 мм/мин, После записи в счетчик 5 значения Чверх = 1981 на аычитающий вход счетчика 5 поступит эа период измерения Т = 0,187 с (фиг,З) числоТ 1импульсов п 1= -- .=08 О, на индикатор 7 при этом выводится значение трех старших разрядов (компенсация деления на 10), т.о. на индикаторе Ч = 81 мм/мин (погрешность 1,25 ).Рассмотрим случай, когда измеряемая скорость принадлежит младшему первому диапазону, например Ч =7 мм/мин. В этом случае после выработки датчиком 1 импульса, первого после нажатия кнопки "Пуск" 20, и пуска цикла вычитания из счетчика 5 импульса с частотой 1 = 6250 Гц при достижении счетчиком 5 кода скорости, соответствующего границе четвертого диапазона (Ч = 60 мм/мин, см. таблицу), срабатывает схема 12 сравнения. Импульсный сигнал с ее выхода поступает нэ вход "Сдэ;" регистра 8 и сдвигает нзчэль ный код "1000" вправе ,фиг,2), вследствие чего на выходе регистра 4 устанэвливается код 0100", соответстэующпй управлению работой устройства в третьем диапазоне (фиг,З). В резульга;е управляемый делитель 4 вырабатывает последовательность импульсов с частотой следования 1 = 1059 Гц,соответстьую. щеи третьему диэпэзну.Выходной сигнал с выхода схемы сравчения через элемент ИЛИ 16 и элемент задежки 18 поступаег на вход управления записью счетчика 5, в который зэпиолв; тся од/верх третьего диапазона,Если измеряемая скооость ниже гра, ицы первого диапазона, то счетчик 5 доходит при вычитании до состояния "0", дешифратор 13 нулевого состояния сигналом с выхода устанавливает в нулевое сос 1 ояние регистр индикации б, а делите,; 4 устанавливается в нулевое состояние через элемент И 15 на индикаторе 7 будет индицировэтьср нулевое значение скорости,Управляемый делитель частоты 4(фиг 2, работает в соответствии с функцлонирова нием микросхем 155 ИЕ 8, на ксгорых он собра, При этом микросхема 21 обрэзуе каскад деления выходной частоты ген Ге нератора 3, а микросхема 22 - каскад деле 16739811ния частоты -1 ен, поступающей на нее64с выхода Р микросхемы 21,Коэффициент деления микросхемы 21К 1- Ха 2, а микросхемы 22 К 2 = Зз 2, 5где а 1 - значения двоичных разрядов управляющего кода на входах Ч 1-Ч 6 микросхемы 21; Ь 1 - значения разрядов кода навыходах Ч 1-Ч 6 микросхемы 22. Суммирование выходных частот микросхем 21 и 22 10осуществляется на микросхеме 21 путемпередачи выходной частоты с выхода умикросхемы 22 на вход С 1 микросхемы 21,К 1Суммарная частота 1 = 1 ен - +64 15К 2+ 1 ген с выхода у микросхемы 21 черезинвертор 23 поступает на вход-выход делителя 4 и далее на вход счетчика 5 (фиг.1).Управляемый генератор кода 10 работает следующим образом,В соответствии десятичным представлением коэффициентов К 1 и К 2 управляемого делителя 4 (см, таблицу), длякаждого из четырех отрезков аппроксимирующих прямых(фиг,3) двоичное представление этих коэффициентов будетиметь вид: д 4 ля первого участка К 1= О, К 2== 2+ 2 + 2, д 5 ля второго участка К 1 = 2,К 2 = 2 + 2 + 2; для третьего участка К 1 = 301 4=2 + 2: К 2 = 2 + 2 +2; для четвертогоучастка К 1 = 2 + 2; К 2 =- О,3 5,Таким образом, управляемый генератор 10 кода представляет собой мультиплексор "4 - 12", где 4 - число входных 35сигналов, определяемое числом отрезковаппроксимирующей ломаной (фиг,3), а 12 -число входов управляемого делителя 4, и,соответственно, число выходов управляемого генератора кодов 10, Мультиплексирование входных сигналов в выходныеосуществляются коммутацией непосредственно проводниками или через элементы ИЛИ 24 - 28.Регистр сдвига 8 (фиг.2) работает в соответствии с функционированием микросхемы 29 типа 155 ИР 1, При этом припоступлении сигнала "Запись" от схемы 19синхронизации вначале устанавливается всостояние 5 О-триггер 30, благодаря чему 50микросхема 29 подготавливается к записикода "1000" с входов А 1-А 4, а затем сзадержкой, обусловленной прохождением сигнала через инвертор 31, производится собственно запись кода "1000", 55Через инвертор 32 сигнал, "Запись" отрицательной полярности по заднему фронтупереводит триггер 30 в состояние В и сигнал с его выхода, поступив на вход Ч микросхемы 29, подготавливает ее к сдвигу информации при поступлении сигнала "Сдвиг" от схемы сравнения 12 на вход С 1 микросхемы 29,Таким образом, управляющий сигнал "логическая единица" будет последовательно сдвигаться от выхода Го (после записи) к выходу Рз,Формула изобретения Устройство для измерения скорости, содержащее датчик перемещения с импульсным выходом, совмещенный с подвижным ограном объекта, генератор импульсов, управляемый делитель частоты, десятичный вычитающий счетчик, регистр индикации, цифровой индикатор и кнопку "Пуск", при этом генератор импульсов соединен с входом управляемого делителя частоты, выходы которого соединен с входом десятичного вычитающего счетчика, разрядные входы которого соединены с соответствующими входами регистра индикации, выходы которого соединены с входами цифрового индикатора и являются внешними выходами устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его быстродействия, в него дополнительно введены первый, второй и третий управляемые генераторы цифровых кодов, регистр сдвига, схема сравнения кодов, дешифратор нулевого состояния, схема синхронизации, первый и второй элементы задержки, первый, второй и третий элементы ИЛИ на два входа, причем вход первого элемента задержки соединен с выходом датчика перемещения входом управления записью регистра индикации и синхронизирующим входом схемы синхронизации, синхронизируемый вход которой соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, а Ъ 1(арой вход - с кнопкой "Пуск" и входом устйровки в ноль десятичного вычитающего счетчика, разрядные входы которого соединены с выходами первого управляемого генератора цифровых кодов, причем выходы второго управляемого генератора цифровых кодов соединены с входами управляемого делителя частоты, а выходы третьего управляемого генератора цифровых кодов соединены с первыми входами схемы сравнения кодов, вторые входы схемы сравнения соединены с входами дешифратора нулевого состояния и подсоединены к разрядным выходам десятичного вычитающего счетчика, а входы третьего управляемого генератора цифровых кодов соединены с)од верхней границы скорости диапазона 600+24 ОВ 40 гОО+7 В).)оВ 120 е 51171 260+146ьгь--- иминВТУЬЫ; ОПОП)пм щдс 1067,23 6250 277,77 46,3 Частота тапппненил, и 14 Т)7О Формирование ча апопненнл (Л П,) 40 10 кГн 11 кГп топ Ь.,ч 09 Ь53 19 1:,-)ОООО Рде о. 4 П 96 о)се 122 1055 6250 15 Ье 122тв 0+46,3 Вщ 46,36 выходами регистра сдвига, к которым подсоединены также входы первого и второго управляемых генераторов цифровых кодов, причем вход управления записью регистра сдвига соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выходом схемы синхронизации и первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов и входом управления сдвигом РЕГИСтРа СДВИГа, а ВЫХОД ЭТОГО ЭТТЕМЕНта ИЛИ через второй элемент задержки соединен с входом управления записью десятичного вычитающего счетчика, при этом 5 выход второго элемента ИЛИ соединен свходом установки в ноль управляемого делителя частоты, а второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом дешифратора нулевого состояния и вхо дом уста но вки в нол ь регистра.1613981 и Составитель А, Детковедактор Т. Орловская Техред М,Моргентал Корректор Э, Лончакова аказ 2915 Тираж 336 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб., 4/5 енно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ои