Устройство для измерения скорости

Устройство для измерения скорости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления технологическими установками для контроля скорости перемещения рабочих органов. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его быстродействия. Сущность 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 частота устанавливается автоматически в течение одного - двух периодов импульсов от датчика перемещения 1, что повышает быстродействие устройства. Использование управляемых генераторов 9, 10, 11 цифровых кодов, регистра сдвига 8, схемы 12 сравнения кодов, дешифратора 13 нулевого состояния позволяют существенно упростить схему устройства. 4 ил.

СОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИИЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si) s G 01 Р 3/48

ГОСУДАРСТВЕ Н) 1ЫИ КОМИТЕ t пО изОБРетениям и ОткРь(тичм

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

1 (21) 4676440/24 (22) 17.02.89 (46) 30.08.91. Бюл. N. 32 (72) Э.Т.Горбенко, В.Л.Макаров и В,Д.Матюхин (53) 531.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1411680, кл. G 01 P 3/48, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к автомагике и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления технологическими установками для контроля скорости перемещения рабочих органов.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его быстродействия. СущИзобретение относится к автоматике и вbl4ислиTåëьной технике и может быть использовано в системах управления технологическими установками для контроля скорости перемещения рабочих органов, Цель изобретения — упрощение устройства 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.3 — 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 2, » . Ж 1673981 А1 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 кодо):, регистра сдвига 8, схемы 12 сравнения кодов, дешифратора 13 нулевого согтояния поэг)оляют 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 входэ. первый 17 и второй 18 элементы задержки, схема синхронизации 19 и кнопка

"Луск" 20.

vправляемый делитель 4 (фиг.2) состоит из двух микросхем 21, 22 типа К155 ИС0 и инвертора 23, например, типа К 155

ЛН1.

Управляемый генератор кода 9(для реализации начальных условий в соответст1673981 вии с фиг.3) состоит из группы элементов

ИЛИ 24-28 и коммутирующих цепей.

Регистр сдвига 8 состоит из микросхемы 29 типа 155 ИР2, 0-триггера 30, например, типа 155 МТ1 и двух инверторов 31 и 5

32, например, типа 155 ЛН1.

Устройство работает следующим образом.

Разрешающая способность датчика 1, а также разрядность регистра 8, значения ко- 10 дов генераторов кодов 9, 10, 11 и частота следования импульсов с выхода генератора

3 определяются предназначением устройства. Предположим, устройство применяют для измерения скорости перемещения пу- 15 ансона пресса в диапазоне 6 — 120 мм/мин с точностью +-10 . В качестве датчика 1 при этом можно испольэовать, например, датчик типа ДДР— 10 с 256 отсчетами на один оборот вала, 20

При механическом сопряжении датчика

1 с пуансоном, например, с помощью ролика диаметром 60,6 мм и повышающего редуктора с коэффициентом редукции три разрешающая способность датчика 1 со- 25 ставляет

Кред пдатч

На фиг.3 представлена зависимость скорости перемещения подвижного органа

2 от периода следования импульсов с выхода датчика 1.

Для удобства гиперболическая функ- 35 ция представлена на двух участках масштабирования: в диапазоне скоростей

6-28 ммl мин, ось периода Та, а в диапазоне 28ч-120 мм /мин — ост Ть.

Гиперболическая функция представле- 40 на в виде "трубки" допудстимой погрешности (10 ). В пределах этой "трубки" произведена кусочно-линейная аппроксимация, позволяющая заменить гиперболическую функцию кусочно-линейной. 45

На фиг.3 видно, что требуемую точность обеспечивают четыре отрезка линейной функции с точками перегиба, соответствующими скоростям перемещения подвижного органа; 12, 28 и 60 мм/мин, В таблице приведены результаты обработки графика функции по фиг.3. В таблице:

Чмин — минимальная скорость диапазона, V»« — максимальная скорость диапа- 55 зона, T> — период (с) следования импульсов датчика, соответствующий Чмин, Тр — период, соответствующий VMaKc, : 10 — . 10 характеAT Тг — Т1! макс мин ризует 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.3) Чеерк представляет собой условную точку на продолжении участка аппроксимации. В формуле для Чаерк Х Тг — временной интервал, соответствующий старшим диапазонам (фиг.3), т,е. если, например, рассчитывается значение Чаерк для первого диапазона, то необходимо учесть время, соответствующее Тг второго, третьего и четвертого диапазонов. Для четвертого диапазона

ZTa =0, f aaK — расчетная частота следования им-! пульсов, поступающих на счетный вход счетчика 5 при замере периода, в диапазоне, Гц;

AT/ЛЧ:10

K>, Kz — коэффициеты умножения каскадов управляемого делителя 4 (фиг.2);

faaM — реальная частота следования импульсов на выходе делителя 4 с учетом К1 и К2.

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 6, также устанавливает его в нулевое состояние. вследствие чего на индикаторе 7 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 дат«иком перемещения 1

1673981 датчик 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 R-вход управляемого делителя 4, не изменяя его начального состояния, импульс с выхода схемы синхронизации 19 воздействует также на вход "Запись" регистра сдвига 8, и нэ его выходе устанавливается код "1000", соответствующий управлению работой устройства в четвертом диапазоне (фиг.3). 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 K = О. К2 = 19 по таблице; генератор кодов 9 — двоично-десятичный код 0001 1001 1000 0001, соответствующий значению Чв.px = 1981 по таблице; — генератор коров 11 — двоично-десятичный код "0110 0000", соответствующий

Чи =- 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 нэч нает вырабатывать импульсы с частотой следования f = 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, пе5

5г, репишет код измеренной скорости 8 регистр индикации 6 из счетчика 5, на индикаторе 7 будет отображено значение скорости. код коlopGA 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 Чaepx =- 1981 на аычитающий вход счетчика 5 поступит эа период измерения Т = 0,187 с (фиг,3) число

Tl импульсов A1 — — — =08 О, на индикатор- 7 при эт ом выводится значение трех старших разрядов (компенсация деления на 10), т.о. на индикаторе V = 81 мм/мин (погрешность 1,25 $).

Рассмотрим случай, когда измеряемая скорость принадлежит младшему первому диапазону, например V= 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 f = 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" ei-.раве (фиг,2), вследствие чего на выходе регистра 4 устанэвливэется код 0100", соответстэующпй управлению работой устройства в третьем диапазоне (фиг.3). В резульга;е управляемый делитель 4 вырабатывает последовательность импульсов с часто той следования 1 = 1059 Гц,соответстьующеи третьему диэпэзну.

Выходной сигнал с выхода схемы сравнения через элемент ИЛИ 16 и элемент заде;,жки 18 поступаег на вход управления записью счетчика 5, в который зэпио:,в; тся "op Veepx третьего диапазона.

Если измеряемая скорость ниже гра, ицы первого диапазона, то счетчик 5 доходит при вычитании до состояния "0", дешифратор 13 нулевого состояния сигналом с выхода устанавливает в нулевое сос1ояние регистр индикации 6, а делител; 4 устанавливается в нулевое состояни". через элемент

И 15. нэ индикаторе 7 будет индицировэться нулевое значение скорости.

Управляемый делитель частоты 4 (фиг.2j работает в соответствии с функц:;онированием микросхем 155 ИЕ8, на кс,горых он собра . При этом микрос„å.ìà 21 обрэзуе каскад деления выходной частоты ген ге нератора 3, а микросхема 22 — каскад деле1673981

l ния частоты — f(ep, поступающей на нее

64 с выхода P микросхемы 21, Коэффициент деления микросхемы 21

К1- Ха!2, а микросхемы 22 K2 = Xbl2, 5 где а1 — значения двоичных разрядов управляющего кода на входах Vl-V6 микросхемы 21; Ь1 — значения разрядов кода на выходах Vl ×6 микросхемы 22. Суммирование выходных частот микросхем 21 и 22 10 осуществляется на микросхеме 21 путем передачи выходной частоты с выхода у микросхемы 22 на вход Сl микросхемы 21.

К1

Суммарная частота fg = 1ген — +

64 15

Кг

+ freH с выхода у микросхемы 21 через инвертор 23 поступает на вход-выход делителя 4 и далее на вход счетчика 5 (фиг.l).

Управляемый генератор кода 10 работа- 20 ет следующим образом.

В соответствии десятичным представлением коэффициентов К1 и К2 управляемого делителя 4 (см, таблицу), для каждого из четырех отрезков аппрокси- 25 мирующих прямых(фиг,3) двоичное представление этих коэффициентов будет иметь вид: для первого участка K1= О, К2=

= 2 + 2 + 2, для второго участка K1 = 2, К2 = 2 + 2 + 2; для третьего участка K1= 30

1 4

=2 + 2; Кг = 2 + 2 +2; для четвертого участка K1 = 2 + 2; Kz =- О.

3 5.

Таким образом, управляемый генератор 10 кода представляет собой мультиплексор "4 - 12", где 4 — число входных 35 сигналов, определяемое числом отрезков аппроксимирующей ломаной (фиг,3), а 12— число входов управляемого делителя 4, и. соответственно, число выходов управляемого генератора кодов 10. Мультиплекси- 40 рование входных сигналов в выходные осуществляются коммутацией непосредственно проводниками или через элементы ИЛИ 24 — 28.

Регистр сдвига 8 (фиг.2) работает в со- 45 ответствии с функционированием микросхемы 29 типа 155 ИР1. При этом при поступлении сигнала "Запись" от схемы 19 синхронизации вначале устанавливается в состояние $ D-триггер 30, благодаря чему 50 микросхема 29 подготавливается к записи кода "1000" с входов А1 — А4, а затем с задержкой, обусловленной прохождением сигнала через инвертор 31, производится собственно запись кода "1000". 55

Через инвертор 32 сигнал, "Запись" отрицательной полярности по заднему фронту переводит триггер 30 в состояние R и сигнал с его выхода, поступив на вход V микросхемы 29, подготавливает ее к сдвигу информации при поступлении сигнала

"Сдвиг" от схемы сравнения 12 на вход Сl микросхемы 29.

Таким образом, управляющий сигнал

"логическая единица" будет последовательно сдвигаться от выхода Fo (после записи) к выходу F3, 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 Ъ1(арой вход — с кнопкой

"Пуск" и входом установки 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

1673981

Пнапатон

1Параметр

По аппрохсимнр.фунхпнн

V„ м/мнн

I 2Î

28

)/ e«>

О, 525

О, 2- 5

0,125

2,4

Г, 225

0,525

< — Х 10 О. I e x II.

О 3 -3

-а- х 10 - 0,937 х 10

-1 3 -< О 575 — - 0,216х1О -а — — - О,Ьх10

6 16

:10 с /и

6Т

Кон веренев гранкам схорости диапазона

600+240840

1200+781-)о81

120е51171

280<146426 т — — — — мlммн

IL T/4I/: 10 l/ 10)<

lee - «o «

1067,23

6250

277,77

46,3

Частота тапппненнл< Ix

f ! о < 4 T//))/. 10

Формирование ча

«апопненнл

<еТ, П,) - !)..

10хГн I< xfè

loo 6<, 4096

50

I;, 6, 1<» l ° - 2-- 10000 /eeoc о 4< 96

93/<1221055

Ь)50

156< !22 9

0< 46, 38 4Ь, 38 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 э9темента

ИЛИ через второй элемент задержки соединен с входом управления записью десятичного вычитающего счетчика, при этом

5 выход второго элемента ИЛИ соединен с входом установки в ноль управляемого делителя частоты, а второй вход второго элемента И/1И соединен с выходом дешифратора нулевого состояния и вхо10 дом установки в ноль регистра.

1673981

1673981

Фиг //

Составитель А. Детков

Редактор Т. Орловская Техред М.Моргентал Корректор 3 Лончакова

Заказ 2915 Тираж 336 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101