Измеритель скорости вращения вала
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения знакопеременных угловых скоростей валов. Целью изобретения является повьппение точности и расширение рабочего диапазона в сторону низких скоростей. Устройство содержит 1далиндркческий барабан (Б) 1, связанный с исследуемым валом. На Б 1 размещены две одинаковые цилиндрические растровые решетки (РР) 4 и 5, образованные параллельными штрихами, направленными по образующей Б 1. Над образующей Б 1 расположен диск 2 с кольцевой РР в виде радиальных штрихов ось вращения которого перпендикулярна оси вращения Б . Световой поток от неподвижно закрепленных внутри Б 1 осветителей 6 и 7, пройдя двумя каналами через цилиндрические 4 и 5 и кольцевую РР и маски 8 и 9, поступает на фотоприемники О и 11, подключенные к устройству обработки сигналов. При вращении Б I движение полос цилиндрической и кольцевой РР будет однонаправленным в одном канале и разнонаправленным в другом канале, что приводит к различным частотам пульсаций светового потока в каналах, разность которых пропорциональна измеряемой скорости, 2 ил. с (С
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х
РЕСПУБЛИН (51! y G Ol Р 3/36
/7„
Р), ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3812448/24-!О (22) 11.11.84 (46) 07.05.86. Бюл. М - 17 (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) А.В.Маханько и М,Ю.Щеглов (53) 531.776 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !! 705340, кл. С 01 Р 3/36, 1979.
Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. М,: Энергоиздат, 1981 с. 59. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
ВАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения знакопеременных угловых скоростей валов. Целью изобретения является повышение точности и расширение рабочего диапазона в сто— рону низких скоростей. Устройство содержит цилиндриче ский барабан (Б)
1, связанный с исследуемым валом.
На Б l размещены две одинаковые цилиндрические растровые решетки (PP)
4 и 5, образованные параллельными штрихами, направленными по обраэуюшей Б !. Над образующей Б 1 расположен диск 2 с кольцевой PP в виде радиальных штрихов, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения
Б !. Световой поток от неподвижно закрепленных внутри Б 1 осветителей
6 и 7, пройдя двумя каналами через цилиндрические 4 и 5 и кольцевую PP и маски 8 и 9, поступает на фотоприемники 10 и 11, подключенные к устройству обработки сигналов. При вращении Б 1 движение полос цилиндрической и кольцевой PP будет однонаправленным в одном канале и разнонаправленным в другом канале, что приводит к различным частотам пульсаций светового потока в каналах, разность которых пропорциональна измеряемой скорости. 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения энакопеременных угловых скоростей валов (до 5,2 10 с ), Цель изобретения - повышение точности и расширение рабочего диапазоны в сторону низких скоростей.
На фиг.l изображена оптико-механическая часть устройства; на фиг.2 структурная схема устройства обработ-ки сигналов от фотоприемников.
Устройство содержит цилиндрический барабан I связанный с исследуемым валом, диск 2 с кольцевой раст= роной решеткой, образованной радиаль-. ными растровыми штрихами, расположенный непосредственно над образующей барабана l так, что ось вращения диска 2 перпендикулярна оси вращения барабана I и пересекает ее. Диск 2 приводится во вращение вспомогательным двигателем 3. На барабане 1 напротив диаметральных участков кольцевой растровой решетки диска 2 раэмещены две одинаковые цилиндрические растровые решетки 4 и 5, образованные параллельными штрихами, направленными по образующей барабана
Внутри барабана 1 напротив цилиндрических растровых решеток 4 и 5 установлены два неподвижных осветителя
6 и 7, световой поток от которых проходит через цилинцрические растровые решетки 4 и 5, кольцевую растровую решетку диска 2 и маски 8 и 9 и поступает на фотоприемники 10 и 11.
Устройство работает следующим образом.
Свет от осветителей 6 и 7 последовательно проходит черезвцилиндрические растровые решетки 4 н 5, диаМетрально противоположные участки кольцевой растровой решетки диска 2, маски 8 и 9 и попадает на фотоприемники 10 и 11. Элементы 6,4,2,8, 10 и 7,5,2,9,11 образуют два самостоятельных канала формирования сигналов, Поскольку диск 2 вращается с постоянной скоростью, световой поток, достигакщий .фотоприемников 10 н lll, будет пульсирующим. При неподвижном барабане 1 частота пульсаций светового потока в обоих каналах одинакова и равна 7 о аа о
9694 Э где — период штрихов цилиндрических растровых решеток 4 и 5 и кольцевой растровой решетки диска 2;
5 скорость движения полос д кольцевой растровой решетки диска 2 относительно цилиндрической растровой решетки
4 или 5 в зоне, ограничен1О ной маской 8 или 9, (3 о 2 где И вЂ” величина угловой скорости диска 2;
I5
d — средний диаметр кольцевой растровой решетки диска 2 в пределах прорези в маске
1 8 или 9.
20 Тогда
do о
Сигналы с фотоприемников 1О и ll имеющие постоянную и переменную составляющую одинаковой частоты f u о
25 разной амплитуды (из-за неидентичности параметров осветителей и фотоприемников), усиливаются двумя отдельными усилителями 12 и 13 низкой частоты. Электронный коммутатор 14, управляемый опорным генератором 15, пропускает на свой выход поочередно сигнал с усилителя 12 либо с усилителя 13 с частотой f задаваемой опорным генератором 15. Пороговый элемент Iб из переменного напряжения с изменяющейся ступенчато амплитудой и постоянной частотой формирует переменное напряжение прямоугольной формы той же частоты и постоянной амплитуды. После полосоввго фильтра 17 получают синусоидальный сигнал постоянной амплитуды и постоянной частоты. Этот сигнал поступает на частотный детектор 18, на выходе которого получают в данном случае постоянф5 ное по амплитуде напряжение. Амплитудный детектор 19 выделяет огибающую сигнала, поступившего с частотного детектора 18, которая имеет постоянную величину. В этом случае на выходе усилителя 20 низкой частоты будет нулевой сигнал. На выходе синхронного детектора 21 также будет получен сигнал нулевой амплитуды, а на выходе фильтра низкой частоты— постоянное напряжение, равное О.
Таким образом, при неподвижном барабане 1 сигнал на выходе измерительного преобразователя равен нулю, 29694
1О
25
Ь = — =ивЂ
D (г з 12
Пусть барабан вращается с угло-вой скоростью ед„. За счет конструк- . ции измерителя в одном канале движение полос цилиндрической растровой решетки (например, решетки 4) и кольцевой растровой решетки диска 2 будет однонаправленным, а в другом— разнонаправленным. При этом частота пульсаций светового потока на фотоприемнике 10 равна
V(f (!(° где е — период полос цилиндрических растровых решеток 4 и 5;
V — относительная скорость ( кольцевой растровой решетки диска 2 и барабана 1 в зоне, воспринимаемой фотоприемником 10.
Частота пульсаций светового потока на фотоприемнике 11 равна г л
У где U — относительная скорость кольг цевой растровой решетки диска 2 и барабана 1 в зоне, воспринимаемой фотоприемни- ЗО ком Il.
Величины скоростей Ч„ и Ч определяются выражениями
d D
V =6! — +а
d. D
35 (7 = (Š— — Ы
1. (е2 "2 где ю„— измеряемая угловая скорость вала;
Р— диаметр барабана 1 по раст-40 ровым решеткам 4 и 5; (е — величина угловой скорости диска 2;
d — средний диаметр кольцевой растровой решетки диска 2 в пределах прорези в маске
8 или 9, м.
При положительной величине У „ частота f, больше f, а частота Йг о меньше fä . При смене направления вращения барабана 1 (Ю «О) частота к
f1 меньше Е, а частота f больше Е .Частоты f, и f отличаются на величину 55 т.е, разность частот пропорциональна измеряемой скорости н не зависит от е,.
Сигналы с фотоприемников 10 и 11, имеющие частоты соответственно f(и и в общем случае разную амплитуду, после усилителей 12 и 13 низкой частоты коммутируются на вход порогового элемента 16 электронным коммутатором 14, управляемым опорным генератором 15 с частотой f„, которая на порядок ниже наименьшей из частот Е1 и Й . Этот сигнал пороговым элементом
16 преобразуется в чередующиеся пакеты колебаний прямоугольной формы постоянной амплитуды с частотой соответственно f, и f . Полосовой фильтр
17 из сигнала каждого пакета выделяет основную гармонику, имеющую частоты
f1 или fz. Это напряжение поступает на вход частотного детектора 18 с линейной амплитудно-частотной характеристикой во всем диапазоне изменения частот f, и f . На выходе частотного детектора 18 сигнал приобретает амплитудную модуляцию на частоте Ык с глубиной модуляции, пропорциональной разности частот af. Этот сигнал поступает на вход амплитудного детектора 19, который выделяет огибающую с амплитудой, пропорциональной Ь,f,.
Через усилитель 20 низкой частоты напряжение частотой f с амплитудой, пропорциональной af, поступает на первый вход синхронного детектора 21, на второй вход которого подается сиг «еал частотой f с опорного генератора 15. В результате после фильтра
22 низкой частоты получим сигнал в виде постоянного напряжения, пропорциональный величине скорости вращения барабана 1, по знаку соответ, ствующий направлению вращения. За счет относительного положения барабана с двумя цилиндрическими растровыми решетками и диска с кольцевой растровой решеткой формируются два сигнала, разность частот которых определяется измеряемой угловой скоростью и не зависит от скорости вра щения вала вспомогательного двигателя.
Формула изобретения
Измеритель скорости вращения вала, содержащий диск с кольцевой растровой решеткой, цилиндрический барабан, соосно связанный с валом, 229694
Составитель 10. Власов
Редактор А.Козориз Техред Л.Олейник Корректор Л.Патай заказ 2446/45 Тираж 778 Подписное
BHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
S 1 вспомогательный двигатель, два осветителя, попарно согласованные с двумя фотоприемниками, подключенными выходами к устройству обработки сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения рабочего диапазона в сторону низких скоростей, осветители и фотоприемники выполнены неподвижными, барабан выполнен с двумя цилиндрическими растровыми решетками, диск с кольцевой растровой решеткой закреплен на валу вспомогательного двигателя, ось вращения которого перпендикулярна оси вращения барабана и пересекает ее, при этом с двумя фотоприемниками два осветителя согласованы попарно через кольцевую растровую решетку и
>0 две цилиндрические растровые решетки.
