Устройство для измерения скорости движения

 

Изобретение относится к технике измерения линейной или угловой скорости. Цель изобретения - расширение информативных возможностей устройства. Для этого в устройство для измерения скорости движения введены блоки: управления, вспомогательный счетный и синхронизации. Устройство позволяет производить измерения скорости прохождения заранее заданного мерного участка с порядковым номером N, а также последующие измерения скорости с любого порядкового номера мерного участка, устанавливаемого программно. Устройство работает в два этапа: на первом этапе при движении измерительного элемента происходит формирование интервалов времени прохождения базового участка, преобразование интервала в пропорциональное количество импульсов, которое преобразуется в код поочередно двоичным счетчиком и последовательно-параллельным регистром, а коды записываются в оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ). На втором этапе после окончания движения из ОЗУ извлекаются коды в инверсной форме и методом досчета преобразуются в коды, пропорциональные скорости прохождения базовых участков. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1)) (5)) 4 G 01 P 3/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К A8TOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2) ) 4205286/24-10 (22) 04 . 03 . 87 (46) 30.04.89. Бюл. ¹ 1 6 (72) В.А. Ермолаев и )(.А . Тимофеев (53) 53) .77(088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР № 526826, кл. G 01 P 3/64, 975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1188658, кл . G 01 P 3/64, 1 984 . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике измерения линейной или угловой скорости. Цель изобретения — расширение информативных возможностей устройства. Для этого в устройство для измерения скорости движения введены блоки: управления, вспомогательный счетный и синхронизации. Устройство позволяет производить измерение скорости прохождения заранее заданного

Изобретение относится к технике измерения параметров движения, в частности к приборам, измеряющим интервал времени прохождения мерного участка, по которому определяется скорость объекта, и может быть использовано в лабораторных условиях для исследования динамики движения магнитной ленты в различных режимах работы лентопротяжного механизма.

Цель изобретения — расширение информативных возможностей устройства.

На фиг . 1 изображена структурная схема предлагаемого устройс raa; на фиг . 2 — структурная схема блока упмерного участка с порядковым номером N, а также последующие измерения скорости с любого порядкового номера мерного участка, устанавливаемого программно. Устройство работает в два этапа. На первом этапе при движении измерительного элемента происходит формирование интервалов времени прохождения базового участка, преобразование интервала в пропорциональное количество импульсов, которое преобразуется в код поочередно двоичным счетчиком и последовательнопараллельным регистром, а коды записываются в оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) . На втором этапе после окончания движения из 03> извлекаются коды в инверсной форме,и методом досчета преобразуются в коды, пропорциональные скорости прохождения базовых участков . 6 ил .

2„ равления; на фиг . 3 — структурная схема вспомогательного счетного блока; на фиг. 4 — структурная схема блока синхронизации; на фиг. 5 схема оптической системы; на фиг. 6— временные диаграммы работы устройства.

Устройство для измерения скорости движения содержит приемник 1 излучения, формирователь 2 импульсов, блок

3 управления, первый двоичный счет.— чик 4, переключатель 5, первый элемент ИЛИ 6, триггер 7, второй элемент ИЛИ 8, третий элемент ИЛИ 9, генератор 10 импульсов, кнопку 1!

1476390

"Данные", делитель 12 частоты, элемент И 13, последовательно-параллель ный регистр 14, оперативное запоминающее устройство I 5, второй двоич— ный счетчик 16, вспомогательный счетный блок 17, блок 18 синхронизации, десятичный счетчик 19, дешифратор

20, цифровой индикатор 21, кнопку

22 установки режима и кнопку 23 сброса.

Блок 3 управления (фиг. 2) содержит И 24, схему 25 разрешения начала отсчета, исполнительное устройство 26 и клавиатуру 27.

Вспомогательный счетный блок 17 (фиг . 3) содержит элемент И 28, двоичный счетчик 29 и мультиплексор 30.

Блок !8 синхронизации (фиг..4) содержит переключатель 31, первый формирователь 32 импульсов, второй формирователь 33 импульсов, элемент

ИПИ 34 и распределитель 35 тактовых импульсов, Приемник 1 излучения соединен с формирователем 2 импульсов, выход которого соединен с входом элемента

24 и первым входом схемы 25 (связь

36), выходы набора кода номера меток клавиатуры 27 соединены с соответствующими входами схемы 25, а выходы управления исполнительным устройством клавиатуры 27 — с соответствующими входами исполнительного устройства 26. Выходы схемы 25 соединены с первым входом исполнительного устройства 26 и с вторым входом элемента И 24 и входом элемента И

28 (связь 37), а выход элемента И

24 связан со счетным входом счетчика 4 и входом элемента ИЛИ 9 (связь

38), один выход счетчика 4 соединен с входом элемента ИЛИ 6, остальные его выходы подключены к переключателю 5, общий вывод которого связан с R-входом счетчика 4 и входом элемента ИЛИ 8, второй вход которого через кнопку I! связан с полюсом источника питания, а выход — с S-входом триггера 7, R-вход которого связан с выходом элемента ИЛИ 6, второй вход которого подключен к выходу делителя 12 частоты. Инверсный выход триггера 7 подключен к R-входу делителя 12 частоты, переключателю

31 (связь 39) и V âõîäó мультиплексора 30 (связь 39), а прямой выход григ ера 7 — к входу элеменФ

f0

f5

55 та И 13, входу формирователя 32 импульсов (связь 40) и U -входу мульти плексора 30 (связь 40) . Выход генератора 10 импульсов соединен со счетным входом делителя 12, вторьи входом элемента И 13 и входом элемента И 28 (связь 41), выход элемента И 13 соединен со счетным входом регистра 14, параллельный вход которого соединен с выходом данных

ОЗУ 15, вход предварительной установки регистра 14 соединен с его выходом переноса и вторым входом элемента ИЛИ 9, параллельный вьход регистра 14 соединен с Х-входом мультиплексора 30 (связь 42), адресный вход ОЗУ 15 соединен с выходом счетчика 16> а вход данных— с параллельным выходом мультиплексора 30 (связь 43) . Выход элемента И 28 соединен со счетным входом счетчика 29, параллельный выход которого соединен с 7-входом мультиплексора 30. Первый выход распределителя 35 подключен к R-входу регистра 4 (связь 44), второй его вы-. ход — к счетчику 29 (связь 45), а третий выход распределителя 35 — к входу записи ОЗУ 15 (связь 46), первый вход распределителя 35 соединен с выходом элемента ИЛИ 34 и счетньи входом счетчика 16 (связь 47), второй его вход — с входом элемента ИЛИ 34 и выходом формирователя 32, а третий вход — с вторым входом элемента ИЛИ

34 и выходом формирователя 33, вход которого подключен к переключателю

31 и третьему входу элемента И 28 (связь 48), четвертый вход распределителя 35 соединен (связь 49) через кнопку 22 с полюсом источника питания. Выход элемента ИЛИ 9 связан с входом счетчика 1 9, выход которого через дешифратор 20 связан с цифровым индикатором 21 . Кнопкой 23 производится установка на ноль регистра 14, счетчиков 4, 16, 19 и 29 (связь 50) . Излучатель 51 с приемником 1 (фиг. 5) установлены по одну сторону от ленты 52 и образуют оп топару.

Устройство работает в два этапа.

На первом этапе (при движении объекта измерения) происходит формирование интервалов времени прохождения базового участка, преобразование интервала в пропорциональное количество импульсов, ввод полученных

14763 данных в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) I 5.

На втором этапе (по окончании движения) из ОЗУ 15 извлекаются данные о времени прохождения базовых участков в инверсном коде и преобразуются в количество импульсов, пропорциональное скорости., Рассмотрим работу устройства на примере измерения скорости движения магнитной ленты, которая является и измеряемым объектом, и измерительным элементом.

При движении магнитной ленты 52 на вьжоде формирователя 2 импульсов появляется серия импульсов U (фиг.6), которые поступают на вход блока 3 управления. Схема 25 разрешения начала отсчета производит подсчет им- 0 пульсов Uz до числа N, устанавливаемого с помощью клавиатуры 27.При поступлении на вход схемы 25 N-го импульса U с ее выходов на вход элемента И 24 и вход исполнительного 25 устройства 26 посту ает нал Ц„ с уровнем "I" разрешая работу последнего по коду, установленному на клавиатуре 27, а на выходе элемента

И 24 появляется серия импульсов U З0 по переднему фронту которых происходит изменение состояния двоичного сч е тч ик а 4 .

Формирование временных интервалов и преобразование их в пропорциональное количество импульсов может осуществлять с я двухтактным и однотактным способами, определяемыми положением переключателей 5 и 31 .

В первом случае, когда общий вы- 40 вод переключателя 5 подключен к второму в ых оду сч е тч ик а 4, а общий в ыв од переключателя 31 — к инверсному выходу триггера 7, линейные координаты точек траектории, в которых произво- 45 дятся отсчеты скорости, определяются формулой

1 = (N+) — l)S, где 1 — расстояние от точки начала движения объекта до точки отсчета, м, — порядковый номер отсчета;

N — номер метки начала отсчета;

S — базовое расстояние измери55 тельного элемента (ленты),м.

При установке в состояние "1" разряда счетчика 4, который через переключатель 5 связан с входом элемен90 6 та ИЛИ 8,происходит сброс в "0" счетчика 4 и переключение триггера 7. При этом его прямой выход 40 устанавливается в "1", а инверсный 39 — в "О".

При поступлении очередного импульса

U на вход счетчика 4 на его первом выходе появляется "1", которая через элемент ИЛИ 6 сбрасывает триггер 7 в первоначальное состояние. Таким образом, на прямом и инверсном выходах триггера 7. формируются импульсы U è U 7, длительность которых и интервалы между которыми равным интервалу времени прохождения базового участка. В исходном состоянии уровень "I " с инверсного выхода 39 триггера 7 поступает íà V вход мультиплексора 30 и через переключатель 31 — на вход формирователя 33 импульсов и вход 48 элемента И 28, разрешая работу последним и устанавливая мультиплексор 30 в режим передачи данных Uz по Х-ка" налу, т.е. передачи данных с парал" лельного выхода 42 регистра 14 на вход 43 данных ОЗУ 15. Уровень "0" с прямого выхода 40 триггера 7 поступает на V -вход мультиплексора 30, на вход формирователя 32 импульсов и вход элемента И 13, запрещая рабо" ту последним и блокируя Y-вход мультиплексора 30.

В момент прихода на вход 37 элемента И 28 сигнала U на выходе последнего появляется последователь— ность импул сов Uв„,„ 28,следующая с частотой, которую вырабатывает генератор 1 0 импульсов. Эти импульсы поступают на вход счетчика 29, где они суммируются и преобразуются в параллельный код U> который поступает на Y-вход мультиплексора 30, но не проходит на его выход 43.

При сбросе в "0" инверсного выхода 39 триггера 7 на первом такте работы и далее по заднему фронту импульсов U происходит блокирование элемента И 28, Х-входа мультиплексора 30 и формирование в блоке

18 синхронизации коротких импульсов

ВЬ И.34 Ы 145) ЗУ (46) нему фронту импульсов U 7 происходит разрешение работы элемента И 13 и переключение мультиплексора 30 в режим передачи данных U, п о Yканалу, т ° е. передачи данных с параллельного выхода счетчика 29 на

1476390 вход 43 данных ОЗУ 15. При этом с выхода элемента И 28 на вход сч етч и —ка 29 прекращается поступление имульсов (1„,„, а начинается поступление с выхода элемента И 13 на счет5 ный вход регистра 14 импульсов U „„.„, вырабатываемых генератором 10. Импульс, сформированный формирователеМ

32, поступает на второй вход распре- 10 делителя 35 и через элемент ИЛИ 34 (U„„„) — на первый вход распределителя 35 и вход 47 счетчика 16, изменяя его состояние. Таким обра1 зом, на первом такте работы на вход адреса ОЗУ 15 с выхода счетчика 16 поступает код, соответствующий первой точке измерения скорости, с выхода счетчика 29 через Y — канал мультиплексора 30 на вход 43 данных

ОЗУ 15 поступает код Ug3g пропорциональный интервалу времени, который записывается в ОЗУ 15 импульсом

U (1, сформированным из поступив шего на второй вход распределителя 25

35 импульса U,ц„ и несколько заде ржанног о относительно импульса

U „„„(на время с ), а импульсом

Б (1, сформированным из поступившего на первый вход распределителя.35 30 импульса UBblx 34 и HPcкoлько задер жанного относительно импульса Бв (44) (на время ), осуществляется сброс в "0" счетчика 29.

При сбросе в "0" прямого выхода 40 триггера 7 наступает второй такт работы, при котором блокируется элемент И 13, формирователь 32 импульсов, Y-вход мультиплексора 30 и по зад e y фронту импульcoa U п .7 про 40 исходит формирование в блоке 18 синхрониза?ии импу co Пвых 34 Ug, (1

Use(44) . По переднему фронту импульсов U, наступает разрешение работы элемента И 28, формирователя 33, а по переднему фронту импульса U< z переключение мультиплексора 30 в режим передачи данных U„. по Х-каналу.

При этом кончается поступление импульсов U„„„ Hà вход регистра 14, вых. 13 50 а начинается поступление импульсов

Бвц„, на вход счетчика 29. Импульс, сформированный на этот раз формирователем 33, поступает на третий вход распределителя 35 и через элемент

ИЛИ 34 (Пв,,„,4) — на первый вход рас55 пределителя 35, а также вход 47 счетчика 16, изменяя снова его состояние прибавлением единицы. На вход адреса ОЗУ 15 с выхода счетчика 16 поступает теперь код, соответствующий второй точке измерения скорости, с выхода 42 регистра 14 через Х-канал мультиплексора 30 на вход 43 данных ОЗУ 15 поступает код U„ o, который записывается в ОЗУ 15 импульсом сформированным из поступившего на третий вход распределителя 35 импульса U „,„„и несколько задержанного относительно импульса U в„„30 (на время, ), а импульсом U»(„>, сформированным из поступившего íà первый вход распределителя 35 импульса

U „„и несколько задержанного относ итель но импуль ca U 3 46) (на в ре

l 35 (46 мя <.3 ), осуществляется сброс в "0" регистра 14. Далее такты по мере движения измерительной ленты периодически повторяются. При подключении общего вывода переключателя 31 к минусу источника питания при однотактном способе преобразования на выходе последнего устанавливается

"0", запрещая, таким образом, прохождение импульсов Бвых в на вход счетчика 29, формирование импуль— сов Звы„формирователем 33 и соответственно получаемых из них импульсов U35(4f) и U35(45) . Формирование временных интервалов U <д определяется положением переключате— ля 5. Длительность этих импульсов равна инте рвалу в ремени п рохождения базового участка, а интервалы между ними равны времени прохождения участков, длина которых определяется по формуле

1= 2 ° $+(И1) S, (2) где 1 — расстояние от начала движеgl ния объекта до точки отсчета, м, — порядковый номе р отсч ета, m — порядковый номер разряда двоичного счетчика 4, который соединяется с общим выв одом п е реключ а теля 5, $ — базовое расстояние измерительной ленты, м, Б — порядковый номер базового участка, с которого разрешается проводить начало отсчета.

В этом случае, в отличие от предыдущего, происходит преобразование в пропорциональное количество импульсов только временных интервалов

1476390

U „,, причем только с четными номерами базовых участков, определяемых формулой (2) .

В обоих случаях с выхода элемента И 24 блока 3 управления на вход

38 элемента ИЛИ 9 поступает серия импульсов U, количество которых равно количеству базовых участков S, пройденных за время движения, начиная с участка с номером N. Эти импульсы поступают с выхода схемы ИЛИ

9 на вход десятичного счетчика 1 9 и информация через дешифратора 20 отображается на цифровом индикаторе

21, по показаниям которого определяется пройденный путь от начала базового участка с номером И по формуле

1О

15 (3) 20

L = A S где Ь вЂ” длина пройденного пути, м;

S — базовый участок, м;

А — показания цифрового индикатора.

При окончании первого этапа работы устройства информация о параметрах измеренного движения (кординаты точек и интервалы времени прохождения базовых участков) занесена в

ОЗУ 15, на цифровом табло отображается длина пройденного участка в единицах длины базового участка S.

Переход к второму этапу работы устройства осуществляется нажатием кнопки 23 и кнопки 22, при этом устанав35 ,пинаются н 0 дноич ный счетчик 4 десятичный счетчик 1 9, двоичный счетчик 16, двоичный счетчик 29, на вход адреса ОЗУ 15 с выхода счетчика 16 поступает адрес первой точки измерения, а на вход регистра 14 с выхода ОЗУ 15 поступает инверсный код ч исла R „, и ропорциональ ног о инте рв алу в ремени п рохож45 дения базового участка, и заносится в регистр 1 4. Преобразование кода числа R„ B количество импульсов, пропорциональное скорости, осуществля. ется нажатием кнопки 11 . На S-вход триггера 7 через элемент ИЛИ 8 поступает "1, устанавливающая на прямом ныходе 40 триггера 7 уровень "1 ", .а на инверсном выходе 39 триггера 7—

"0 . При этом одновременно начинают работь делитель 1 2 частоты и элемент И 13 . На выходе последнего появляются импульсы, которые поступают на счетный вход регистра 14 и суммируются с введенным предварительно числом R„. При поступлении импульсо Usbfx 13 на выход п peно а при переполнении. регистра 14 появляется импульс, который поступает на вход элемента ИЛИ 9 и далее в десятичный счетчик 1 9, а также на вход предварительной установки регистра 14 и в него с ОЗУ 15 вновь вводится число R„. При дальнейшем посту ленин и улcон Uвь,„.13 регистр 14 вновь переполняется, и далее все повторяется до тех пор, пока не будет сброшен триггер 7, а это произойдет после появления на выходе делителя 12 частоты импульса, который через элемент ИЛИ 6 сбрасывает триггер 7. При сбросе триггера

7 на вход 47 двоичного счетчика 16 поступает импульс U „„.,по которому счетчик 16 меняет состояние. При этом изменяется на единицу адрес, поступающий на адресный вход ОЗУ 1 5, а на его выходе появляются данные, соответствующие второй точке измерения, и в регистр 14 вводится новое число R„ За этот цикл работы н на вход счетчика 19 поступает количество импульсов, которое определяе тс я в ыражен ием

Т = — 2

В (4) где  — коэффициент деления делителя 12 частоты, М вЂ” число импу ъсон генератора, поступивших на вход регистра 14.

Таким образом, число, записанное в десятичном счетчике 19, находится в обратной зависимости от числа М импульсон и, следовательно, в прямой зависимости от скорости прохождения базового участка,и на цифровом индикаторе 21 считывают непосредственно показания скорости. Значения коэффициента В делителя 12 частоты и частоты генератора 1 0 импульсов выбираются исходя из допустимых погрешностей квантования интернала нремени, диапазона измеряемых скоростей и допустимой погрешности при вычислении скорости.

Для вывода на цифровой индикатор

21 значений скорости для второй и последующих точек траектории движения повторно нажимают кнопку 11, в результате запускается схема нычис14/б 390

12 е п ! 5

55 ления. Данные о скорости в рязлееч— ( ных точках сводят в таблицу, по ним строится скорос HAH характеристика .

Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я

Устройство -.ля измерения скорости движения, содержащее измерительный элемент с раве;омерно нанесенными ня него метками, излучатель, приемник излучения, формирователь импульсов „ два двоичных счетчика, два элемента

ИЛИ, переключатель, триггер, делитель частоты, генератор импульсов, элемент И, последовательно-параллельный регистр, оперятиьное залов минающее устройство, дес ятичееый счетчик, дешифратор, цифровой индикатор, две кнопки, причем приемник излучения соединен с форглировятелем импульсоез, первый выход первого двоичного счетчика соединен с входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, а остальные выходы первого двоичного счетчика подсоединены к переключателю, Общий вывод которого связан с R-входом первот о счетчика и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого через кнопку связан с полюсом источника питания, выход в,торого элемен— тя ИЛИ соединен с Б-входом триггера, К-вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, инверсный вы— ход триггера связан с R-входом делителя частc òü!, я прямой выход — с входом элемента И. второй вход которого связяее :. зыходом ге:.ерятора имПУЛЬСОВ И СчЕТЕЕЬЕО ВХОДОМ ДЕЛИТЕЛЯ еястотее, я выход элелеента И соединен со счетным входом госледовятельнопярялееельееого регистра, naраллель— ный вход которого соединен с выходом данных Оперативного запоминающего устройства, адресный вход которсьго соединен с выходом второго двоичного счетчика, вход предварительной ус тяновки последовятельноnapasTnånT.ного регистра со цинен с ег О вееходом перенося, выход десятич— ного счетчика через дешифратор связан с цифровым индеекя то ром, а ус-.;-..—

НОВ ОЧНЫЕ Г>ХОДЫ СЧ ЕТЧ ИКОВ И РОT TiC Т РЯ соединены через кнопку c Opoc с полюсом ис гочпикя питания, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения еееефорлеятивееых возможно— стей устройства, в него дополееггтеле,—

ЗО

45 ееО введяni>i блОК упряв ТеННН состс я щий и з элемента И „схемы разрешения няч ала nтсч ета, клав елятуры и испол— нитель ееог о устройства, причем вход элемента И соединен с выходом формирователя импуеп сов и с первым входом схемы разрешения начала отсчета, выходы которой соединены соответственно с первым входом исполнительного устройства и вторым вхогом элемента

И, выход которого соединен со счетным входом первого двоичного счетчика, остяльнь е входы схемы разрешения ня гала отсчета соединены с соответствующими гыходями набора кода номера меток клавиатуры, выходы управления исполнительным устройством ко.е ОрОЙ связаны с соответствуеОшими вхОдами исполнитепьного устройства, третии элемент ИЛИ, первый вход которо.:о соединен с выходом переноса последовательно-параллельно>го рсгистра,. второй вход соединен с выходом элемента И блока управления, а выход— с первым входом десятичного счетчика, вспомогательный счетный блок, включающий в себя элемент И, двоичный счетчик и мультиплексор, при— чем первый вход элемента И блока соединен с выходом генератора импуль— сов, второй его вход — с вторым входом элемента И блока управления, а выход элемента И вспомогательного блока соединен со счетным входом двоичного счетчика блока, второй вход которого соединен с кнопкой сброса, я и араллель ный выход подключен к Yвходу мультиплексора, Х-вход которого соединен с параллельным выходом последовательно-параллельного регистра, параллельный выход мультиплексора соединен с входом данных оперативного запоминающего устройства, и блок синхронизации, состоящий из переключателя, двух формирователей импульсов, элемента ИЛИ и распределителя тактовых импульсов, первый выход которого соединен с Квходом последовательно-параллельного регистра, второй выход — с К-входом двоичного счетчика вспомогательного счетного блока,а третий выход — с входом заплеси оперативного запоминающего

" iòpîéñòâa,nåpâ -ей вход распределителя тактовых импульсов соединен с выхо дОИ элемента Ие11И блОкя и счетным входом второго двоичного счетчика, ве рой вход — с входом элемента ИТЕеЕ

1476390

+Eau блока и выходом первого формирователя импульсов, вход которого соединен с V -входом мультиплексора,вспомогательного счетного блока и прямым выходом триггера, третий вход распределителя соединен с вторым входом элемента ИЛИ блока и выходом второго формирователя импульсов, вход которого подключен к третьему входу элемента И вспомогательного счетного блока и через переключатель к V: -вхо5 ду мультиплексора вспомогательного счетного блока и инверсному выходу триггера, четвертый вход распределителя связан через кнопку установки режима с полюсом источника питания.

1 4763 90