Цифровой измеритель соотношения скоростей

 

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СООТНОШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ, содержащий блок управления, два импульсных тахометра , генератор эталонной частоты, первый и второй -элементы И, первый счетчик, входом соединенный с выходом второго элемента И, выходами разрядов связанный с импульсными входами первой группы импульснопотенциальных элементов И, потенциальными входами соединенных с выхода ми разрядов второго счетчика, а выходами объединенных первым элементом ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, в него дополнительно введены второй элемент ИЛИ, вторая группа импульсно-Потенциальньк элементов И и блок вычитания частотно-импульсных последовательностей , управляющим входом связанный с четвертым выходом блока управления, первьм входом соединенный с выходом первого элемента ИЛИ, вторым входом связанный с выходом второго элемента ШШ, входами соединенного с выходами второй группы импульсно-потенциальных элементов И, потенциальными входами связанных с выходами разрядов первого счетчика, импульсными входами соединенных с выходами разрядов второго счетчика, выполненного реверсивным и связанного входом Вычитание с выходом блока вычитания частотно-импульсньпС последовательностей, а входом Сложение - с выходом первого элемен (Л та И, первым входом соединенного с первым входом второго элемента И и генератором эталонной частоты, вторым входом связанного с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с входами установки нуля первого и второго счетчиков, а третий выход связан с вторым входом второго элемента И, со ел причем первый и второй входы блока управления соединены соответственно с выходами первого и второго импульсных тахометров, а третий вход блока управления связан с выходом триггера старшего разряда первого сч&т ка.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (1I) (gI)4 G 01 P 3/56 \

° «

° «

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3434387/24-10 (22) 06.05.82 (46) 30.07.85. Бюл. № 28 (72) P.À. Воробель и Я.В. Гапонюк (71) Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко (53) 621.317.39 (088.8) (56) Авторское свидетельство CCCP¹- 388229, кл. С 01 P 3/60, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 667896, кл. G 01 Р 3/56, 1979. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СООТНОШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ, содержащий блок управления, два импульсных тахо" метра, генератор эталонной частоты, первый и второй элементы И, первый счетчик, входом соединенный с выходом второго элемента И, выходами разрядов связанный с импульсными входами первой группы импульснопотенциальных элементов И, потенциальными входами соединенных с выхода ми разрядов второго счетчика, а выходами объединенных первым элементом ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повы- шения быстродействия, в него дополнительно введены второй элемент ИЛИ, вторая группа импульсно-потенциальных элементов И H блок вычитания частотно-импульсных последовательностей, управляющим входом связанный с четвертым выходом блока управления, первым входом соединенный с выходом первого элемента ИЛИ, вторым входом связанный с выходом второго элемента ИЛИ, входами соединенного с выходами второй группы импульсно-потенциальных элементов И, потенциальными входами связанных с выходами разрядов первого счетчика, импульсными входами соединенных с выходами разрядов второго счетчика, вы. полненного реверсивным и связанного входом "Вычитание" с выходом блока вычитания частотно-импульсно последовательностей, а входом "Сложение" — с выходом первого элемента И, первым входом соединенного с первым входом второго элемента И и генератором эталонной частоты, вторым входом связанного с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с входами установки нуля первого и второго счетчиков, а третий выход связан с вторым входом второго элемента И, причем первый и второй входы блока управления соединены соответственно с выходами первого и второго импульсных тахометров, а третий вход блока управления связан с выходом триггера старшего разряда первого счетЧика.

1170351

Изобретение относится к цифровой технике электрических измерений параметров движения и может быть использовано для измерения соотношения угловых или окружных скорос- 5 тей вращения машин и механизмов.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его быстродействия.

На чертеже представлена структур- 10 ная схема предлагаемого устройства.

Цифровой измеритель соотношения скоростей содержит импульсные тахо" метры 1 и 2, блок 3 управления, элементы И 4 и 5, генератор 6 эталон" ной частоты, реверсивный счетчик 7 и счетчик 8, группы 9 и 10 импульсно-потенциальных элементов И, элемен ты ИЛИ 11 и 12 и блок 13 вычитания частотно-импульсных последовательностей.

Выходы импульсных тахометров 1 и 2 соединены с первым и вторым входами блока 3 управления, связанного первым и третьим выходами с вторыми входами элементов И 4 и 5, соединенных первыми входами с выходом генератора 6 эталонной часто-. ты, а выходами связанных соответственно с входом счетчика 8 и суммирующим входом реверсивного счетчика 7, выходами разрядов соединенного с потенциальными входами группы !О импульсно-потенциальных эле- 35 ментов И, импульсными входами связанных с выходами разрядов счетчика 8, выход триггера старшего разряда которого соединен с третьим входом блока 3 управления, второй 40 выход которого связан с входами установки нуля счетчиков 7 и 8, а четвертый выход соединен с управляющим входом блока 13 вычитания частотно-импульсных последовательнос" 45 тей, выходом связанного с входом

"Вычитание" реверсивного счетчика 7, первым входом соединенного через эле. мент ИЛИ 12 с выходами группы 10 импульсно-потенциальных элементов И. 50 а вторым входом связанного через элемент ИЛИ 1 1 с выходами группы 9 импульсно-потенциальных элементов

И, импульсными входами соединенных с выходами разрядов реверсивного 55 счетчика 7, а потенциальными входами - с выходами разрядов счетчика 8.

Блок 3 управления содержит элемент ИЛИ 14., элемент 15 задержки, D-.òðèããåðû 16-19, инверсный выход каждого из которых соединен с

D-входом, элементы И 20, 21 и одновибратор 22, причем первые входы элементов И 21 и 20 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 3, а Выходы - с тактирующими входами D-триггеров 17 и 18, прямые выходы которых связаны через элемент 15 задержки и.непосредственно с первым и третьим выходами блока 3 соответственно и с входами элемента ИЛИ 14, выходом соединенного с тактирующим входом

D-триггера 16, прямым выходом связанного с вторым входом элемента И

20, а инверсным выходом — с вторым входом элемента И 21 и через одновибратор 22 — с нулевым входом D-триггера 19 и вторым выходом блока 3, третий вход которого соединен с так. тирующим входом D-триггера 19, прямым выходом связанного с четвертым выходом блока 3.

Блок 13 вычитания частотно-импульсных последовательностей содержит трехвходовый элемент И 23, элемент 24 задержки и RS-триггер 25.

Выход элемента И 23 связан с выходом блока 13, первый вход соединен с управляющим входом блока 13, а второй вход связан через элемент 24 задержки с инверсным выходом RSтриггера 25, нулевой вход которого соединен с третьим входом элемента И 23 и первым входом блока 13 второй вход которого связан с единичным входом RS-триггера 25.

Цифровой измеритель соотношения скоростей работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 16"

19 и 25 находятся в нулевом состоянии,счетчикй 7 и 8 обнулены, на управляющий вход блока 13 подан низкий потенциал и блок 13 закрыт.

Первый импульс частотой f c выхода импульсного тахометра 1, прошедший через открытый элемент И

21 на тактирующий вход D-триггера

18, переводит его из нулевого состояния в единичное. При этом пот енциалом с прямого выхода D-три гг ера 18 открывается элемент И 5. Это приводит к прохождению импульсов генератора 6 частотой fr через эле3 мент И 5 на суммирующий вход реверсивного счетчика 7 до тех пор, пока на тактирующий вход D-триггера

18 не поступит через элемент И 21 второй импульс с выхода импульсного тахометра 1. После поступления второго импульса на тактирующий вход

D-триггера 18 последний переводится из единичного состояния в нулевое и закрывает элемент И 5, пре. кращая поступление импульсов частотой f генератора 6 .на суммирующий вход реверсивного счетчика.

Таким образом, в реверсивном счетчике 7 формируется код числа

N1= Е, Т, (1) где Т1 — период следования импульсов частотой f импульсного тахоt метоа 1.

Г

В момент поступления второго импульса на тактирующий вход 0-триггера 18 с выхода элемента И 21 отрицательный перепад напряжения с его прямого выхода через элемент

ИЛИ 14 проходит на тактирующий вход D-триггера 16, переводя его из нулевого состояния в единичное.

При этом элемент И 21 закрывается, а элемент И 20 открывается. Первый импульс частотой f с выхода им2 . пульсного тахометра 2, прошедший через открытый элемент И 20, поступает на тактирующий вход D-триггера 17 и переводит его из нулевого состояния в единичное, открывая при этом элемент И 4, что приводит к прохождению импульсов частотой

Ед эталонного генератора 6 на вход счетчика 8. После поступления на вход счетчика 8 Н„,импульсов частотой Е1, (N = 2 - коэффициент пересчета двоичного счетчика 8, где

m — - количество двоичных разрядов счетчика 8) в момент времени t (2) 1170351

Определим результат измерения, который формируется в реверсивном счетчике 7.

Поскольку на вход счетчика 8 через элемент И 4 поступают импульсы частотой f генератора эталон.ной частоты 6, то счетчик 8 с группой 10 импульсно-потенциальных элементов И и элементом ИЛИ 12 предIO ставляет собой делитель частоты fo, управляемый прямым кодом Z(t) счетчика 7. Поэтому среднее значение частоты Е1 (й) на выходе элемента ИЛИ 12 определяется выражением

f (t) = f — — — . (3)

Z(t) о

ill

На вычитающий вход реверсивного счетчика 7 поступают импульсы час20 тотой f„ (t) с выхода блока 13 вычитания. Поэтому реверсивный счетчик 7 с группой 9 импульсно-потенциальных элементов И и элементом ИЛИ

11 представляет собой делитель час2S тоты Е1. (й), управляемый прямым кодом числа М() счетчика 8. Поэтому среднее значение частоты следования импульсов Е„ (t) на выходе элемента ИЛИ 11 определяется выражезо (t) - f (t) - — — — i(4)

M(t)

11 "1 ю где N 2 - коэффициент пересчета счетчика 7;

35 ш " количество двоичных разрядов счетчика 7..

Частота следования импульсов на выходе блока 13 вычитания часТотно40 импульсных последовательностей определяется выражением

Е„ (t) - Е «(t) - Е„„ (t), (5)

Подставив выражения (3) и (4) в уравнение (5), получим (t) f - — — — f (t) †-- . (6)

Z(t) M(t)

13 о 13

f73 lYI

S5 счетчик 8 переполняется и отрицательный перепад напряжения с прямого выхода триггера последнего разряда счетчика 8, поступая на тактирующий вход D-триггера 19, переводит его из нулевого состояния в единичное.

При этом подается разрешающий потенциал на управляющий вход блока 13 вычитания и блок 13 открывается.

Преобразовав последнее уравнение и определив Е„ (t) получим

f (t) f

z

1Ъ @ И + М() Так как импульсы частотой Е1з () поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 7, то число, 1170351 соответствующее коду счетчика 7 определяется уравнением

t з () (8)

tq

Продифференцировав уравнение (8)l получим

dZ(t)

-f (t)

dt (9) или с учетом равенства (7) dZ(t) Z(t)

-f (10)

gt o N + 1I(t) Определим число M(t) соответствующее коду счетчика 8. Так как.в момент времени й„ (2) счетчик 8 переполняется, то текущее значение его кода определяется выражением

M(t) = fqt - М

Подставив уравнение (11) в (10), получим

di(t) ()

----- = -f

gt о 1Чш + fît Ип о1 2 (г. ) Z (t )

o1t (12) Разделив переменные, преобразуем дифференциальное уравнение (12)- к виду или

«Nm

fî,Т fî," откуда

Z = -- И

Т

t (14) Поскольку на вход счетчика 8 импульсы частотой f поступают с выхода элемента И 4, в течение времени

= T — — то, в соответствии .с

2 формулами (8) и (14), в момент поступления второго импульса частотой на тактирующий вход D-триггера

gz(t) ы

Z(t) Т -(13) решив которое с учетом начальных. условий (8), получим

17, в реверсивном счетчике 7 формируется результат измерения, который определяется выражением

Т Г1 - f2

Z = --- N = --- N = — — N (15) щ Т в

2 1 где f„,f — частота следования импульсов импульсных тахометров 1 и 2;

T„,Т вЂ” периоды следования импульсов импульсных тахометров 1 и 2 соответственно.

IS Если для измерения угловых скоростей импульсуются импульсные тахометры одного и того же типа, то результат измерения (15) можно записать в виде

20 2 1 1 2

Z=-- N =-- — N =-- N (16)

f,т K (d hl id где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Таким образом, в момент окончания измерения в реверсивном счетчике 7 формируется код числа, пропорциональногo соотношению угловых скоростей соответствующих звеньев мехаЗ0 низмов.

Время, в течение которого на сход счетчика 8 поступают импульсы сэ частотой и и элемент И 4 открыт, определяется длительностью периода Т следования импульсов частоты f импульс-

2 ного тахометра 2. Поэтому, если на тактирующий вход D-триггера 17 поступает с выхода элемента И 20 второй импульс частотой f> импульсного

40 тахометра 2, то этим импульсом Dтриггер 17 переводится из единичного состояния в нулевое, закрывая элемент И 4, что приводит к прекращению прохождения импульсов часто4S той Е эталонного генератора 6 на вход счетчика 8.

Одновременно с переводом D-триг" гера 17 из единичного состояния в нулевое отрицательный перепад напряSp жения на его прямом выходе поступает через элемент 15 задержки, длительность задержки которого определяет время индикации результата, и элемент ИЛИ 14 на тактирующий вход D-триггера 16, который при этом переводится из единичного состояния в нулевое. Положительный перепад напряжения на инверсном выСоставитель Г, Федин

Редактор И. Рыбченко Техред М К узьма Корректор Е. Рошко

Заказ 4699/41 Тиран 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д.4/5

Филиал ППП "

tt ал ППП Патент, r. Укгород, ул. Проектная, 4

7 1 ходе D-триггера 16 запускает одно" вибратор 22, выходной импульс которого обнуляет счетчики 7, 8 и Dтриггер 19. Низкий потенциал на пря170351 8 мом выходе D òðèããåðà 19 подается на управляющий вход блока 13 закры вая его и переводя тем самым устройство в исходное состояние.