Устройство для измерения частоты вращения

 

Изобретение относится к устройствам для измерения частоты вращения и может быть использовано в качестве датчика частоты вращения в системах электропривода. Цель изобретения - повышение точности и расположения диапазона измерения. При вращении тонкой магнитной пленки 1 вокруг оси вращения с частотой, подлежащей измерению, на выходе перемножителя 4 появляется напряжение, которое поступает на первый вход первого фазового дискриминатора 5. На второй его вход поступает напряжение от управляемого фазовращателя 9. Первый фазовый дискриминатор 5 генерирует на выходе напряжение ошибки, которое поступает в первый фильтр низких частот 6, где сильно ослабляются высокочастотные составляющие. Сглаженное напряжение поступает в усилитель напряжения 7, где усиливается и поступает на вход управляемого генератора 8. При равенстве частот напряжений на входах первого фазового дискриминатора 5 наступает синхронный режим работы устройства. Затем подбирают частоту выходного напряжения задающего генератора 11 таким образом, чтобы разность частот напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 равнялась нулю. После этого замыкают однопозиционный переключатель 14, и электродвигатель 16 поворачивает управляющий элемент управляемого фазовращателя 9 на угол, при котором разность фаз напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 будет равна 90°. При этом выходное напряжение устройства, снимаемое с усилителя напряжения 7, линейно зависит от измеряемой частоты вращения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 0 01 Р 3/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ll0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4328030/24-10 (22) 17.11.87 (46) 23.12.90. Бюл, У 47 (71) Луцкий филиал Львовского политехнического института .(72) Н.В.Петухов (53) 531. 11(088.8) (56) Утямышев Р,И. Техника измерения . скоростей вращения. — М.-Л,: ТЗИ, !

961, с. 42, прибор МАИ-ПКС.

„„SU„„1615616 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к устройствам для измерения частоты вращения и может быть использовано в качестве датчика частоты вращения в системах электропривода. Цель изобретения повышение точности и расширение диапазона измерения. При вращении тонкой магнитной пленки 1 вокруг оси враще1

1615616 ния с частотой, подлежащей измерению, на выходе перемножителя 4 появляется

Напряжение, которое поступает на первый вход первого фазового дискримина5 тора 5. На второй его вход поступает напряжение от управляемого фазовраща1 еля 9. Первый фазовый дискриминатор генерирует на выходе напряжение шибки, которое поступае" в первый 10 фиЛьтр 6 низких частот, где сильно ослабляются высокочастотные составляющие. Сглаженное напряжение поступаЮт в усилитель .7 напряжения, где усиливается и поступает на вход управляемого генератора 8. При равенстве час- . тот напряжений на входах первого фазового дискриминатора 5 на.ступает

Изобретение относится к измериТельной технике, а именно к устройствам для измерения частоты вращения, и может быть использовано в качестве датчика частоты вращения в системах

Электропривода.

Цель изобретения — повышение точ30

)ности и расширение диапазона изме)1 ения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения частоты вращения.

Устройство содержит тонкую магнит35 ную пленку 1, нанесенную на виброудафопрочную подложку и закрепленную на оси вращения, первую 2 и вторую 3 магнитные головки, оси которых взаимопер40 йендикулярны, перемножитель 4, первый фазовый дискриминатор 5, первый фильтр

6 низких частот, усилитель 7 напряжения, управляемый генератор 8, управ.пяемый фазовращатель 9, второй фазо— вый дискриминатор 10, задающий генератор 11, второй фильтр 12 низких час— тот, индикатор 13, однопозиционный переключатель 14, усилитель 15 мощности, электродвигатель 16. Входы пе50 ремножителя 4 соединены с первой 2 и второй 3 магнитными головками соответственно, а его выход — с первым входом первого фазового дискриминатора 5, Выход первого фазового дискриминатора 5 соединен с входом первого

55 фильтра б низких частот, выход которого подключен к входу усилителя 7 напряжения. Вход управляемого генератора синхронный режим работы устройства.

Затем подбирают частоту выходного напряжения задающего генератора 11 таким образом, чтобы разность частот напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 равнялась нулю.

После этого замыкают однопозиционный переключатель 14, и электродвигатель

16 поворачивает управляющий элемент управляемого фазовращателя 9 на угол, при котором разность фаз напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 будет равна 90, При этом выходное напряжение устройства, снимаемое с усилителя 7 напряжения, линейно зависит от измеряемой частоты вращения. 1 ил.

8 соединен с выходом усилителя 7 напряжения, а выход — с входом управляемого фазовращателя 9. Выход управляемого фазовращателя 9 соединен с вторыми входами первого 5 и второго 10 фазовых дискриминаторов. Выход задающего генератора 11 подключен к первому входу второго фазового дискриминатора 10, выход которого соединен с входом второго фильтра 12 низких час-, тот, Выход второго фильтра 12 низких частот соединен с входом индикатора

13 и подвижным контактом однопозиционного переключателя 14. Вход усилителя

15 мощности соединен с неподвижным контактом однопозиционного переключателя 14, а выход — с входом электродвигателя 16, Выход .электродвигателя 16, которым является его вал, соединен с управляющим элементом управляемого фазовращателя 9. Выход усилителя 7 напряжения является выходом всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при неподвижной тонкой магнитной пленке 1 на входе управляемого генератора 8 нет сигнала (U> = О). Без вхоцного сигнала управляемый генератор 8 настроен на свободную, например центральную, частоту диапазона ° При вращении тонкой магнитной пленки 1 вокруг оси вращения с частотой, подлежащей измерению, из-за эффекта Барнетта в плоскости пленки возникает вектор намагниченнос 1615616 где е, е —

EX E

50 ти М, поведение которого описывается дифференциальным уравнением — + фщ — — + о1 ks in 2 ((- Q t) =- О, 5

° де (P — текущее значение угла между вектором намагниченности

M и осью легкого намагничивания пленки (ОЛН);

9 — магнитная вязкость пленки 1; 10

1цо о — магнитная постоянная;

1 — гиромагнитное отношение; — константа анизотропии пленки 1;

Я вЂ” частота вращения пленки 1, подлежащая измерению; — время.

Решением данного уравнения является функция g = Q t — 0,59 где

М 20

= arcsin- — так как она обращает в ц тояу ество исходное дифференциальное уравнение. Анализ полученного решения показывает что вектор .намагниэ

У ченности М вращается в плоскости 25 тойкой магнитной пленки 1 вокруг оси вращения пленки с той же частотой, с какой вращается сама пленка, не только отстает от оси легкого намагничивания пленки, которая вращается вместе с пленкой, на угол 0,5).

Вращение вектора намагниченности

М приводит к изменению намагниченности пленки 1 в направлениях х и у соответственно по законам ,М1 = Мсоя(= Mcos(gt — 0,54);

M — — Msinlf = Мяin(Mt — 0,53), где М вЂ” максимальное значение намагниченности пленки;

М, M — намагниченность пленки . 40 соответственно в направлениях х и у.

ТаК как намагниченность пропорциональна индукции, то индукция изменяется по законам

В = Всоs (Qt — О, 51);

 — — Bsin(gt — 0,54), где В - максимальное значение индукции в пленке 1;

В1(,  — индукция соответственно в направлениях х и у.

В соответствии с законом электромагнитной индукции изменение индукции.в направлениях х и у, а следовательно, и в магнитных головках 2 и

3 приводит к появлению ЭДС самоиндукции на выходе этих головок, а именно ех = -Exsin(G3t — 0,5 е . = +E„соя(Я вЂ” 0,5 ), ЭДС самоиндукции "соответственно на выходе магнитных головок 2 и 3; максимальные значения этих ЭДС самоиндукции.

Перемножитель 4 перемножает эти

ЭДС самоиндукции, и на его выходе появляется напряжение о

U = e>e = U„s in(263t — — 180 ), где U — максимальное значение выходй ного напряжения перемножителя;

U — выходное напряжение перемножителя.

Напряжение поступает на первый вход первого фазового дискриминатора 5, а на второй его вход — напряжение с выхода управляемого фаэовращателя 9. Первый фазовый дискриминатор 5 генерирует на выходе напряжение ошибки U зависящее от разности частот и фаз между напряжениями Бп и Б

Напряжение U содержащее большое число комбинационных спектральных составляющих, поступает в первый фильтр

6 низких частот, где сильно ослабляются высокочастотные составляющие. Затем сглаженное напряжение поступает в усилитель 7 напряжения, где усиливается и поступает на вход управляемого генератора 6. Опорное напряжение U< c выхода управляемого генератора 8 поступает на вход управляемого фаэовращателя 9, где сдвигается по фазе на угол, где — фазовый сдвиг, вносимый управляемым фазовращателем

9. Выходная частота управляемого генератора 8 меняется таким образом, чтобы с уменьшением U> уменьшалась разность частот 2И -Я, где g „ — частота выходного напряжения управляемого генератора 8, Напряжение U „ уменьшается до тех пор, пока частоты 2Q и

Я „ не уравняются, но между ними останется конечная разность фаз, которая здесь оказывается сигналом рассогласования, необходимым для удержания управляемого генератора 8 в режиме синхронизации с напряжением U частотой 2g. В режиме синхронизации напряжение на выходе устройства равно

НВы = ?Ссрд K, K co s (3 + 1 80 + о

+ +)р), где Бяо — напряжение на выходе устройства;

7 1615616 8

К вЂ” коэффициент передачи первоф 1 го фазового дискриминатора 5;

I(— Коэффициент передачи первоф 5 го фильтра 6 низких частот, К вЂ” коэффициент усиления усилителя 7 напряжения;

1 — фазовый сдвиг, вносимый контуром регулирования час- 10 тоты управляемого генератора 8.

Затем подбирают частоту выходного напряжения задающего генератора 11 3г Uüã Ыфзг» где 1) г- максималь« ое значение выходного напряжения зау ающего генератора", (Д „ — частота выходного напряжения задающего гене11атора, таким образом, чтобы разность

1астот напряжений, поступающих на перый и второй входы второго фазового искриминатора 10, равнялась нулю. ри этом иа выходе второго фаэового дискриминатора 10 появляется напряжение, в составе которого, помимо пос- 5 1оянной составляющей, зависящей от

1 азности фаз входных напряжений, имек1тся высокочастотные комбинационные

c, îñòàâëÿþùèå. Выходное напряжение второго фазового дискриминатора 10 поступает во второй фильтр 12 низких частот, на выходе которого выделяется постоянная составляющая ф2 фА2 Кф A Ч»р где П„2 — выходное напряжение второго фильтра низких частот;

К вЂ” коэффициент передачи второЧ Дг го фазового дискриминатора 10;

К вЂ” коэффициент. передачи второф2 40 го фильтра 12 низких частот.

По индикатору 13 фиксируют иостоянство напряжения U на выходе второф2 го фильтра 12 низких частот, которое н свидетельствует о равенстве частот напряжений на входах фазового дискриминатора 10. После этого замыкают однопоэиционный переключатель 14. При этом выходное i:àïðÿæåíèå второго фильтра 12 низких частот поступает на вход усилителя 15 мощности, где усиливается по мощности. Усиленное напряжение поступает на электродвигатель 16, который изменяет угол поворота управляющего элемента управляемого фазовращателя 9 таким образом, чтобы раз- ность фаз напряжений на входах второго фазового дискриминатора 10 свесги к 90 . Б момент достижения баланса постоянная составляющая на выходе вто— рого фазового дискриминатора 10 становится равной нулю, отработка прекращается. После этого размыкают однопозиционный переключатель 14. Так как фазовый сдвиг выходного напряжения задающего генератора 11 равен нулю, то. фазовый сдвиг выходного напряжения управляемого фазовращателя равен 90 . При этом g + 3 = 90 5 и напряжение на выходе устройства, снимаемое с выхода усилителя 7 напряжения, равно U> = К»»», К;К х

x cos() + 180 + 1(рц+ ) = К, К х х К cos(4 + 270 ) = K<ðä, К х х К sinarcsin f63/(k =- К,гд, К,, х

Д (,) »2 К *

Отсюда следует, что изобретение позволяет устранить нелинейность статической характеристики, получить непосредственную информацию об измеряемой частоте и расширить рабочий диапазон измеряемых частот вращения.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения частоты э вращения, содержащее тонкую магнитную пленку, магнитную головку и блок

1 измерения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, .с целью повышения точности . и расширения диапазона измерения, снабжено второй магнитной головкой, ось которой взаимно перпендикулярна с осью первой магнитной головки, схемой умножения, входы которой соединены с первой и второй магнитными головками соответственно, первым фаэовым дискриминатором, первый вход которого подключен к выходу перемножителя, первым фильтром низких частот, вход которого соединен с выходом первого фазового дискриминатора, усилителем напряжения, вход которого соединен с выходом первого фильтра низких частот, управляемым генератором, вход которого соединен с выходом усилителя напряжения, управляемым фазо— вращателем, вход которого соединен с выходом управляемого генератора, а выход — с вторым входом первого фазового дискриминатора, вторым фазовым дискриминатором, второй вход которого подключен к выходу управляемого фазовращателя, задающим генера! тором, выход которого соединен с пер-! вым входом второго фазового дискриминатора, вторым фильтром низких час16

Составитель Д.Морозов

Техред Л.Олийнык Корректор М.Пожо

Редактор И.Шулла

Заказ 3983 Тираж 458 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 тот, вход которого соединен с выходом второго фазового дискриминатора, индикатором, вход которого подключен к выход второго фильтра низких частот, однопозиционным переключателем, подвижный контакт которого соединен с выходом второго фильтра низких час15616 10 тот, усилителем мощности, вход которого подключен к неподвижному контакту однопозиционного переключателя, электродвигателем, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, а выход — с управляющим элементом управляемого фаэовращателя.