Датчик углового положения и скорости вращения вала

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика углового положения и является усовершенствованием основного изобретения по авторскому свидетельству N934382. Цель изобретения - повышение разрешающей способности датчика по скорости вращения вала. Введение в известное устройство дополнительного фазового контура, нуль-органа, триггера, ключа, счетчика, регистра, сумматора, блока начальных условий, порогового устройства, коммутатора позволяет производить обработку сигнала с выхода фазовращателя, эквивалентного увеличению интервалов времени, несущих информацию о частоте вращения вала. 1 з.п., 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1615619 А2 (19) (11) (51) 5 С 01 Р 3/489

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (61) 934382 (21) 4468521/24-10 (22) 29.07.88 (46) 23.12.90. Бюл. № 47 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) С.И.Богомолов и Н.П.Доскоч .(53) 62-1.317.39.53 1..77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 934382, кл. С 01 Р 3/484, 1980. (54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ И СКО-

РОСТИ ВРАШЕНИЯ ВАЛА, (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика углового

Изобретение относится к измерительной технике, и может быть исполь-. зовано в качестве датчика углового положения и мгновенных скоростей вращения .вала в точных цифровых системах автоматического управления и является усовершенствованием изобретения по авт, св. № - 934382.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности датчика по скорости вращения вала.

На фиг. 1 представлена структурная схема датчика углового положения и скорости вращения вала, на фиг, 2 схема порогового устройства.

Датчик угловогo положения и cKQ.— рости вращения вала содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, первый счетчик 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовраща2 положения и является усовершенство-. ванием основного изобретения по авторскому свидетельству № 934382. Цель изобретения — повышение разрешающей способности датчика по скорости вращения вала. Введение в известное устройство дополнительного фазового контург, нуль-органа, триггера, ключа, счетчика, регистра, сумматора, блока начальных условий, порогового устройства, коммутатора позволяет производить обработку сигнала с выхода фазовращателя, эквивалентную увеличению интервалов времени, несущих информацию о частоте вращения вала. 1 э,п.

Ф ф-лы, 2 ил. тель 4, первый нуль-орган 5, первый регистр 6, информационные входы которого подключены к соответствующим вы- виы. ходам первого счетчика 2, а выходы ф »; первого регистра 6 являются выходами ®, кода углового положения вала, а также . р- подключенные к выходу генератора 1 импульсов последовательно соединенные первый ключ 7 второй счетчик 8 втоЭ 1 ЯР рой регистр 9, вход разрешения записи которого подключен к выходу формирователя 10 задержанных импульсов, шходом подключенного к выходу первого нуль-органа 5, вторым выходом подключенного к установочному входу второго 1Д счетчика 8, а третьим выходом подклю-; ченного к одному из входов триггера

11, второй вход которого подключен к выходу первого нуль-органа 5, а выход — к управляющему входу первого

1615619 ключа 7, к выходу фазовращателя 4 подключены последовательно соединен— кые фазовый контур 12, второй нуль— орган 13, второй триггер 14, второй ключ 15, третий счетчик 16, третий регистр 17, сумматор 18, вторые входы которого подключены к выходам блока .,19 начальных условий, а выходы суматора 18 являются выходами кода ско- 10 ости вращения, к выходам второго егистра 9 подключено пороговое устойство 20, выход которого подключен управляющему входу коммутатора 21, игнальные входы которого подключены старшим разрядам соответственно вто рого регистра 9 и сумматора 18.

При этом пороговое устройство 20 елесообразно выполнять в виде последовательно соединенных блока 22 инвер-20 торов, первого элемента ИЛИ 23, выход

Которого подключен к одному из сигнальых входов коммутатора 24, второй

Сигнальный вход которого подключен выходу второго элемента ИЛИ 25, 25 ходами подключенного к входам порогового устройства 20, а выход коммута,"гора 24 является выходом порогового, устройства 20.

Датчик работает следующим образом. 30

Генератор 1 импульсов формирует последовательность импульсов с частотой F . Счетчик 2 выполняет функцию т деления частоты генератора 1. Форми.рователь 3 опорных сигналов выра35 батывает из выходных периодических сигналов счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4 с частотой Го, равной !

Р /N, где N — емкость счетчика 2, Ро-! тор фазовращателя 4 закреплен на ис. следуемом валу, в результате фаза выходного найряжения фазовращатоля 4 несет информацию об угле поворота вала, Нуль-орган 5 формирует из выходных его синусоидального сигнала фазовраща-45 теля прямоугольный периодический сигнал, по фронту которого осуществляется запись кода счетчика 2 в регистр

6, в котором фиксируется код текущего углового положения вала.

По фронту выходного сигнала нуль-, органа 5 триггер 11 переходит в нулевое состояние и, воздействуя на управляющий вход ключа 7, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход счетчика 8 ° Фронт выход55 ного сигнала нуль-органа 5 запускает также формирователь 10 задержанных импульсов, который вьщает на своем первом выходе импульс через время, достаточное для завершения распространения переносов в счетчике 8. По этому импульсу происходит перезапись кода счетчика 8 в регистр 9. Второй импульс формирователя 10 задержанных импульсов, воздействуя ка входы предустановки счетчика 8, осуществляет запись в не— го кода, соответствующего интервалу времени между фронтом импульса нуль— органа 5 и началом импульса на третьем выходе формирователя 10 задержанных импульсов. Этот импульс поступает ка установочный вход триггера 11 и переводит его в единичное состояние, в результате чего открывается ключ 7 и импульсы генератора 1 вновь поступают на счетный вход счетчика 2.

Таким образом, в регистре 9 в начале каждого следующего периода выходного сигнала нуль-органа 5 фиксируется код разности периода Т = Т вЂ” Т, определенной в предыдущем периоде выходного сигнала нуль †орга 5, где Т вЂ” период сигнала на выходе куль-органа 5, Т„ номинальная длительность периода, т.е. Т = 1/F При 6 Т (< To отклоо кение частоты пропорционально отклонению периода, код которого фиксируется в регистре 9. Так как счетчик 8 имеет разрядность, на единицу большую разрядности счетчика 2, разряд несет информацию о направлении вращения вала.

С выхода фазовращателя 4 гармонический сигнал поступает на фазовый контур 12. Фазочастотную характеристику фазового контура н диапазоне рабочих частот (при малых отклонениях частоты от номинальной) можно считать линейной, амплитудно-частотная характеристика в этом же диапазоне почти постоянна. Необходимая крутизна фазочастотной характеристики обеспечивается выбором количества последовательно соединенных элементарных фа зовых контуров первого или второго порядков, так как фаза колебаний на выходе фазового контура 12 несет информацию о частоте напряжения на выходе фазовращателя 4 и, следовательно, о скорости вращения ротора фазовращателя 4. Нуль-орган 13 формирует из выходных сигналов фазового контура 12 прямоугольные периодические сигналы, по фронту которых триггер 14 переводится в единичное состоя. ние, пропуская при этом через ключ

5 16156

15 на счетный вход счетчика 16 импульсы генератора l, Триггер 14 в нулевое состояние переводится импульсом с выхода нуль-органа 5 прекраt

5 щая прохождение импульсов генератора 1 на счетчик 16. В результате в счетчике 16 фиксируется

I кол чество импульсов, пропорциональное фазовому сдвигу сигналов с выходов -фазовращателя 4 и фазового контура 12. По фронту задержанного импульса с первого выхода формирователя 10 задержанных импульсов код с выхода счетчика 16 переписывается в регистр 17, а затем по фронту импульса с второго выхода формирователя 10

1задержанных импульсов счетчик 16 очи щается, подготавливая следующий период обработки сигнала, Выходные разряды регистра подключены к входам первого слагаемого сумматора 18, на входы второго слагаемого которого подаются логические потенциалы с выхода блока 19 начальной 25 установки. На выходах блока 19 начальной установки задается код, равный разности емкостей регистра 17 (и сумматора 18) и кода, зафиксированного в регистре 17 при неподвижном роторе фазовращателя 4, следовательно, на выходах сумматора 18 (без использования сигнала с выхода переноса сумматора 18) при этих условиях фиксируется код, равный нулю. Соответственно, при вращении фазовращателя 4 на

35 выходе сумматора 18 фиксируется код, пропорциональный скорости вращения вала. При вращении вала в противоположную стоРону код, пРопорциональный ско- 40 рости вращения вала, следует читать в обратном коде.

Код знака направления вращения фиксируется на выходе коммутатора 21, управляемого пороговым устройством

20 ° На входы порогового устройства

20 поступает код грубого отсчета ско-. рости вращения с выходов регистра 9.

Если абсолютная величина кода скорости превышает пороговое значение, на выходах элемента ИЛИ 23 или 25 в зависимости от направления вращения фиксируется логический потенциал, который через коммутатор 24, управляемый знаковым разрядом регистра 9, поступает на выход порогового устройства

20. Потеницал с выхода порогового устройства 20 поступает на управляющий вход коммутатора 21, на сигнальные

19

6 о входы которого поступают сигналы с выхода соответственно знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости и старшего разряда сумматора 18.

При скоростях вращения вала, превышающих пороговое значение, на выход кода направления вращения вала через коммутатор 21 проходит сигнал с вьмода знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости. Если скорость вращения вала не достигает порогового значения на выход кода направления вращения поступает код старшего разряда сумматора 18, при малых скоростях вращения вала однозначно указывающий направление вращения.

Таким образом, на выходах предлагаемого устройства формируются коды углового положения и скорости вращения вала с учетом направления вращения. формулаизобретения

Датчик углового положения и скорости вращения вала по авт. св, р1 934382, о т л и ч а ю щ и й,с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности по скорости вращения вала,.в него дополнительно введены подключенные к выходу фазовращателя последовательно соединенные фазовый контур, второй нуль-орган, второй триггер, второй ключ, третий счетчик, третий регистр, сумматор, вторые входы которого подключены к выходам блока начальных условий, а выход является выходом кода скорости вращения, а также введены пороговые устройства, входами подключенные к выходам второго регистра, и коммутатор, управляющим входом подключенный к выходу порогового устройства, сигнальными входами подключенный к старшим разрядам соответственно второго регистра и сумматора, а выход коммутатора является выходом знака направления вращения вала, при этом второй вход второго триггера подключен к выходу первого нульоргана, второй вход второго ключа подключен к выходу генератора импульсов, вход разрешения записи третьего регистра подключен к первому выходу формирователя задержанных импульсов, второй выход которого подключен к установочному входу третьего счетчика.

2. Датчик по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что пороговое устройСоставитель M.Тихонов

Техред Л,Олийнык Корректор Э.Лончакова

Редактор И.Шулла

Заказ 3983 Тираж 459 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

161 ство содержит блок инверторов, первый и второй блоки элементов ИЛИ и ком— мутатор, причем блок инверторов через первый блок элементов ИЛИ подключен к одному сигнальному входу коммутатора, второй сигнальный вход которого подключен к выходу второго блока эле1

5619

8 ментов ИЛИ, входами подключенного к входной шине порогового устройства, причем управляющий вход коммутатора подключен к знаковому разряду входной шины порогового устройства, а выход коммутатора является выходом порогового устройства.