Устройство для измерения параметров движения объектов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU, » 1275290

А1 (бц 4 С 01 Р 3/36, 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3772477/24-10 (22) 19.07.84 (46) 07.12.86. Бюл. Р 45 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева (72) Ю.Ф. Чубаров и В.Д. Дмитриев (53) 531.767 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 502325, кл. G 01 Р 3/36, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 1134914, 17.02.83. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ (57} Изобретение относится к конт-. рольно-измерительной технике и позволяет уменьшить погрешность и повысить быстродействие измерения путем автоматизации процесса измерения фазной скорости и ускорения движения объектов. При измерении параметров поступательного движения в соответствии с программой 3ВМ 45 по хранящимся в ее памяти измеренным с помощью счетчиков 37,38 и 44 временных интервалов и числа проходящих объектов

60 и 61, равного величине расстояния между фототранзисторами 1,2 и 3 производится измерение скорости движения каждого объекта на каждом участке. Число объектов, отнесенное к измеренному времени между срабатываниями первой фотосчитывающей ячейки на фототранзисторе 1, дает величину частоты прохождения объектов.

Устройство позволяет измерить ускорение каждого объекта 60 и 61 на равных участках пути. Для этого на каждом участке подсчитывается приращение скорости в единицу времени.

4 ил.

1275290

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения, скорости и ускорения объектов при поступательном движении.

Цель изобретения — уменьшение погрешности и повышение быстродейстВия измерения за счет автоматизации процесса измерения фазной скорости и ускорения движения объектов.

1О

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения параметров движения объектов; на фиг.2 расположение фототранзисторов относительно движущихся объектов.; на

15 фиг. 3 — эпюры напряжений; на фиг, 4— вольт-амперная характеристика фототранзисторов при заданной частоте напряжения U> генератора. гарью.гического напряжения. 20

Устройство содержит и фототранзисторов 1-6, Выполняющих функции фотоприемников. Эмиттеры нечетных фототранзисторов, 1,3 и 5, базы всех

25 фототранзисторов 1-6 через соответствующие конденсаторы 7-12 объединепы и подключены к выходу генератора 13 гармонического напряжения.

Коллектор транзистора 1 и его база через конденсатор 14 объединены ЗО и через резистор 15 нагрузки соединены с общей шиной, База транзистора 1 через резистор 16 соединена с первой шиной сброса ЭВМ, 1

Элемент на фототранзисторе 1 образуется двухстабильное фоторадиочастотное запоминающее устройство (ДФРЗУ) 17, выполняющее роль первой фотосчитывающей ячейки. Эмиттеры четнь!х фототранзисторов 2,4,6 и коллек40 торы нечетных фототранзисторов 3 и

5 через соответствующие резисторы

18-22, базы всех фототранзисторов

2-6 через соответствующие конденсаторы 23-27 объединены и через ре.зистор 28 нагрузки соединены с общей пеной. Базы всех фототранзисторов 2-6 через соответствующие резисторы 29-33 объединены на второй шине сброса ЭВМ. Элементы на фототранзисторах 2-6 образуют многостабильное фоторациочастотное запоминающее устройство (МФРЗУ) 34 .

Объединенная шина резистора 28 подключена через диоды 3» и 36 к 55 первому 37 и второму 38 счет п кэм, причем вход второго счетчика 38 подключен через инвертор 39 к диоду

36. Вход второго счетчика 38 подключен к первому входу схемы ИЗИ 40,выход которой соединен с H.-входом триггера 41. Вход триггера 41 подключен через диод 42 к входу счетчика 37 и через диод 43 к коллектору фототранзистора 1. Выход триггера 41 соединен с входом счетчика 44 и микроЭВМ 45.

МикроЭВМ 45 соединена с терминалами: устройствами 46 и 47 ввода информации.Шины 48-53 сброса подключены к входам сброса счетчиков 37, 38 и 44, к резистору 16, резисторам 29-33,второму входу схемы ИЛИ 40.

Выходы триггера 41 счетчиков 37, 38 и 44 через линии 54-57 соединены с микроЭВМ 45. К входам счетчиков

37 и 38 подключены соответственно

S- u R-входы триггера 58, а его выход 59 соединен с микроЭВМ 45, При измерении параметров поступательного движения перемещения числа объектов 60 и 61„ частоты прохождения, скорости и ускорения фототранзисторов 1-6, где n — число фототранзисторов, располагаются вдоль трассы движения объектов 60 и 61.Фототранзистор 1 располагается в начале трассы длиной (п-1) I,, а фототранзисторы 2-6 — на равных расстояниях

Ь один относительно другого и фототранзистора 1. При этом R > (n- t)/I (фиг.2).

Вольтамперная характеристика фототранзистора при питании переменным током высокой частоты имеет S-образный характер изменения (фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

Предварительно осуществляют общий сброс всех элементов по всем нинам сброса. При попадании светового потока Р от движущегося объекта на фототранзистор 1 его вольт-амперная характеристика а смещается влево

I (фиг.4, кривая a ) . Когда характерис-! тика а становится левее точки U г происходит скачкообразный переход рабочей точки 62., соответствующий наf пряжению Пг кривой а, в точку 63.

Ток Т, через фоторезистор 1 скачком возрастает до I, = I, а напряжение на фототра.нзисторе уменьшается и становится меньше

Когда световой поток от объекта, попадающий на фототранзистор 1, становится равным нулю характеристи1

Р ка а сдвигается вправо (кривая с1 ), 1275290

Рабочая точка переходит из точки 63 в точку 64, Через фототранзистор 1 и сопротивление резистора 15 нагрузки протекает ток I = Ег, на резисторе действует напряжение U поло- 5 жительной полярности с переменной составляющей частоты f. Через диоды

43 и 42 импульсы поступают на вход счетчика 37 и начинается их счет (фиг.За).

1О

Первый импульс последовательности устанавливает триггеры 41 и 58 в еди-. ничное состояние. Передний фронт импульса по шине 59 (фиг.Зг) вызывает считывание содержимого счетчика 38 по шинам 56 в память 3ВМ 46 и затем его сброс по шине 49.

Счетчик 37 производит счет импуль" сов, число которых пропорционально временному интервалу t1 (фиг.3a).

Кроме того, положительный перепад напряжения с выхода триггера 41 (фиг.3a) вызывает запись единицы в счетчик 44, фиксирующий момент засветки фототранзистора 1. В результате в счетчике 44 фиксируется либо число импульсов, пропорциональное числу оборотов, либо число объектов

60 и 61 прошедших вдоль трассы изме-, рения. По шине 54 ЭВМ фиксирует на- 30 чало кадра измерения.

t.

Когда световой поток попадает на следующий фототранзистор 2, происходит его открывание и переход рабочей точки из точки 62 в точку 65. 35

Аналогично через .фототранзистор 2 протекает ток Ег = Ез, затем при нулевом световом потоке ток I = I

1 характеристика 0 сдвигается вправо (b) и для него рабочая точка пере- 40 ходит из точки 65 в точку 66. Ток создает напряжение U в отрицательной полярности (фиг.35). Через диод 36 и инвертор 39 импульсы поступают на счетчик 36, где начинается их счет. 45

Первый импульс с выхода 39 возвращает триггеры 41 и 58 в исходное состояние. Отрицательный перепад напряжения с выхода 41 вызывает по шине 51 сброса запирание транзистора 1 50 импульсом, формируемым в ЭВМ, и наU15

Отрицательный перепад с выхода триггера 58 вызывает по шине 59 считывание содержимого счетчика 37 в виде двоичного числа, соответствующего t> по информационной шине 55 в память ЭВМ 45 и затем его сброс по шике 48. Во время счета импульсов счетчиком 38 счет импульсов счетчиком, 37 отсутствует, так как отрицательные счетные импульсы не проходят через диод 35.

Когда световой поток попадает на следующий фототранзистор 3, это вызывает его отпиракие, перемещение кривой а влево а и увеличение тока до значения Егв = Iq. Напряжение на фототранзисторе уменьшается. При этом фототранзистор 2 запирается., Когда световой поток, падающий на фототранзистор 3, становится равным нулю (Р=О), характеристика а сдвигается вправо (а), Рабочая точка переходит из точки 63 в точку 64.Через фототранзистор 3 и сопротивление 28 нагрузки протекает ток I = I на гв г резисторе действует напряжение U 8 положительной полярности (фиг.ЗО).Через диод 35 импульсы поступают на вход счетчика 37 и начикается их счет.

Первый импульс последовательности снова устанавливает триггер 58 в единичное состояние, передний фронт которого по шине 59 (фиг.Зг) вызывает считывание содержимого счетчика 38, соответствующего времени t, в память ЭВМ и его сброс по шине 49.

При дальнейшем поочередном совещании фототранзисторов производится поочередное изменение состояний счетчиков 37 и 38, соответствующих величинам t,,,t,..., и их запоминание в ЭВМ, а также счет числа засветок фототранзистора 1 счетчиком 44.

Число импульсов, записанное в счетчик

43, пропорционально числу проходящих вдоль трассы объектов. !

При измерении параметров поступательного движения в соответствии с программой ЭВМ 45 по хранящимся в ее памяти измеренным с помощью счетчиков 37, 38 и 44 временных интервалов и числа проходящих объектов 60 и 61, равного N величи45 ны L расстояния между фототранэисторами 1-3, производится измерение скорости движения каждого объекта на каждом участке. При измерении средней скорости на участке (и-1) L подсчитывается скорость на каждом L участке, а затем делится на число участков. Это дает возможность измерять среднее значение скорости с большей точностью. Число объектов, отнесенное к измеренному времени меж.

Формула изобретения 20

Устройство для измерения параметров движения объектов, содержащее первую фотосчитывающую ячейку„функциональный преобразователь, состоящий иэ микроЭВМ с терминалами.,соединенной с тремя счетчиками, причем фотосчитывающая ячейка соединена с генератором гармонического напряжения и через первый диод — с S-входом первого триггера, инвертор соединен с входом второго счетчика, подключенного через элемент ИЛИ к Rвходу триггера, соединенного .выходом

30

Ф 12752 ду срабатываниями первой фотосчитывающей ячейки на фототранзисторе 1, дает величину частоты прохождения объектов.

Предлагаемое устройство позволяет измерить ускорение каждого объекта

60 и 61 на равных участках пути L.

В этом случае на каждом участке Ь подсчитывается приращение скорости в единицу времени. 10

Кроме того, устройство позволяет измерять параметры вращательного движения при расположении фототранзисторов вокруг вращающегося тела с одним отражающим элементом. При этом 15 вычисляется угловая скорость, ее среднее значение, угловое ускорение, число оборотов, 90 с входом третьего счетчика и микроЭВМ, о т л и ч а и щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности и повышения быстродействия, оно снабжено вторым RS-триггером, двумя диодами и второй фотосчитывающей ячейкой, выполненной в виде многостабильного фоторадиочастотного запоминающего устройства, состоящего из 2 (n-1)-конденсаторов, и-резисторов и (п-1)-фототранзисторов, расположенных за первым фототранзистором, причем коллекторы четных фототранзисторов и эмиттеры нечетных, а также базы всех фототранзисторов через соответствующие конденсаторы объединены и подключены к выходу генератора гармонического напряжения,кроме того, базы всех транзисторов через соответствующие резисторы объединены и соединены с шиной сброса,эмиттеры четных и коллекторы нечетных фототранзисторов через соответствующие конденсаторы объединены и через резистор нагрузки соединены с общей шиной, резистор нагрузки соединен с анодом второго и катодом третьего диодов, катод второго диода подключен к входу первого счетчика и катоду четвертого диода, анод последнего — к S-входу первого триггера, S-вход второго триггера подключен к входу первого счетчика и его Rвход — к входу второго счетчика.

1275290

Составитель Ю. Иручко

Техред В.Кадар Корректор О. Луговая

Редактор А. Козориз

Заказ 6553/33 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4