Цифровой измеритель угловойскорости и ускорения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических республик о >817593

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное K авт. сеид-ву— (51)М. Кл. (22) Заявлено 27.0278 (21) 2583132/18-10

G 01 P 15/08

G 01 P 3/54 с присоединением заявки М—

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет— (53) УДК 531. 768 (088.8) Опубликовано 3003.81. Бюллетень М12

Дата опубликования описания - 300381 (72) Автор изобретения

10. Н. Мастюкин

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И. Калинина (71) Зв"-витель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ

И УСКОРЕНИЯ

25, Изобретение относится к цифровой злектроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров движения и использования в системах автоматического регулирования. Угловой скорости.

Известны устройства, предназна ченные для измерения угловой скорости, работа которых основана на измерении периода следования импульсов с импульсного датчика скорости и последующем преобразовании полученного результата в число, пропорциональное угловой скорости. Кроме того, путем вычитания результатов двух соседних интервалов времени измерения с помощью реверсивного счетчика получают величину, пропорциональную приращению угловой скорости f1), Однако данные устройства характеризуются пониженными точностью и быстродействием, суженными функцио-: нальными возможностями и недостаточной надежностью.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее импульсный датчик скорости, генератор эталонной частоты, блок управления, блок измерения периода следования импульсов датчика, включающий в себя счетчик числа периода, дешифра тор наименьшего числа периода, счет-, чик числа импульсов датчика скорости и логические схем, блок преобразования периода в величину угловой скорости, включающий в себя управляемый делитель частоты, образованный набором схем И,одни входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика числа периода, а другие - с выходами соответствующих разрядов счетчика числа, пропорционального угловой ско- . рости, и схемой ИЛИ, входы, которой соединены с выходами схем И, а вы ход - со .входом счетчика импульсов выходной частоты делителя, и логические схемы, блок измерения приращения угловой скорости,.включающий в себя реверсивный счетчик и логи-: ческие схемы (21.

Недостатками известного устройства являются пойижейййе точность и быстродействие, суженные функцио нальные воэможности. Это объясняет. ся тем, что интервал времени измерения в таком устройстве имеет два участка (вторые интервалы времени каждого этапа), в течение которых счетчик числа периода импульсами

817593 образцовой частоты не заполняется и устройство. не регистрирует в это время информацию об измеряеМой скорости °

Цель изобретения — повышение точ ности и быстродействия, расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель угловой скорости и ускорения, содержа- щий импульсный датчик скорости, генератор эталонной частоты, соединенный через ключ со входом счетчика числа периода, второй ключ, набор схем И,одни входы .которых соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика числа периода, а выходы .— со входами схемы ИЛИ, счетчик числа импульсов датчика скорости и блок измерения приращения угловой скорости, введены три регистра памяти, делитель частоты и элемент стабилиэа- 3Q ции интервала времени измерения, один вход которого подключен к выходу соответствующего разряда счетчика числа периода, другой вход, соединенный со входом счетчика числа импульсов датчика скорости и входом второго ключа, подключен к выходу датчика скорости, а выход соединен с третьим входом первого ключа, со входами, первого и второго регистров памяти и со входом блока измерения приращения угловой скорости, другой вход которого соединен с выходом первого ключа, при этом другой вход первого регистра памяти, соединенный со входом третьего регистра памяти, подключен к выходу счетчика числа периода, а выход — к другим входам набора схем

И, выход третьего регистра памяти подключен к третьему входу блока измерения приращения угловой скорости, 40 а другой вход третьего регистра памяти, соединенный со входом второго ключа и с четвертым входом блока измерения приращения угловой скорости, подключен к выходу второго, регистра памяти, другой вход которого соединен с выходом счетчика числа импульсов датчика скорости, а третий вход че-. рез,делитель частоты и второй ключ— с выходом схемы ИЛИ.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого измерителя угловой скорости и ускорения. . gИэмеритель содержит импульсный дат- чик 1скорости,генератор 2 эталонной частоты, ключ 3, элемент 4 стабилиэа- 55 ции интервала времени измерения, счетчик 5 числа периода, счетчик б числа импульсов датчика скорости, набор 7 схем И, схему 8 ИЛИ, регистры 9-11 памяти, делитель 12 частоты, у .блок 13 измерения приращения угловой скорости, ключ 14, счетчик 15, регистр 16 памяти и второй ключ .17.

Измеритель работает следуккаим образом. б5

В исходном состоянии ключ 3 закрыт, триггер 4 (элемент 4) находится в состоянии "1". Ближайший импульс с выхода датчика 1 своим задним фронтом производит сброс в нулевое состояние счетчиков 5.и 6 (устройство сброса не показано) и открывает ключ

3. Начинается заполнение счетчика 5 импульсами эталонной частоты fo c генератора 2 и счетчика 6 импульсами с выхода датчика 1. По истечении заданного времени Т на выходе соответствующего разряда счетчика 5 появляется импульс, который устанавливает тригер 4 в состояние "0". Далее заполнение счетчика 5 импульсами эталонной частоты происходит в течение времени дс до прихода ближайшего импульса с выхода датчика

1. Этот импульс своим передним фронтом опрокидывает триггер 4 в состояние "1". В момент перехода триrгера 4 из состояния "0" в состояние

"1" его выходной сигнал (передний фронт), снимаемый с прямого выхода, .закрывает ключ 3 и производит перепись числа счетчика 5 в регистр

9 памяти и числа счетчика 6 н обратном коде в регистр 11 памяти. Этот же сигнал производит перепись.в обратном коде числа регистра 10 памяти в счетчик 15 блока 13 измерения при- ращения угловой скорости (о котором сказано ниже). Очередной интервал времени измерения начинается с приходом заднего фронта того же импульса с датчика 1,который производит обнуление счетчиков 5 и б и открывает ключ 3, после чего начинается заполнение соответствующими импульсами счетчиков 5 и 6, а также счетчика 15 импульсами эталонной частоты.

Таким образом, в предлагаемОм измерителе имеется заданное время

Т, определяемое соответствующим количеством разрядов счетчика 5, по .истечении которого ближайший импульс с датчика 1 скорости заканчивает интервал времени измерения Т . Обеспечивая в нижнем диапазоне изменения скорости n>)1 (n растет пропорционально росту скорости), имеем во всем диапазоне изменения скорости интервал времени измерения Т const.

В конце каждого интервала времени измерения в счетчике 5 записывается пропорциональное периоду Т число

N fo Т fo hT, а в счетчике бчисло и Т /Т ° где Т - периоду

Т - интервал времени измерения.

Эти числа однозначно определяют угловую скорость при минимальной погрешности измерения ее по периоду (погрешности дискретности). Число

Н постоянно находится в регистре 9 памяти, который совместно со счетчиком 5 числа периода, набором 7 схем И и схемой 8 ИЛИ образуют управляемый

817593 делитель частоты. При этом счетчик 5 служит делителем частоты, на вход которого поступает частота fo, а регистр 9 памяти задает частоту на выходе управляемого делителя частоты (на выходе схемы 8 ИЛИ)

Я

N4 fo nТ

"4 = " N = М ,где Мп, — максимальная емкость счетчика 5 и регистра 9.

Частота f< >) f = 1/T измеряемой частоты с выхода датчика 1 скорости и приблизительно постоянна,. так как

nT = Т = const. Если частоту f послать на вход делителя частоты с коэффициентом деления и, то на его выходе получим частоту f< =fo T/N>.

Период этой частоты Т =f М,„/fo прямо пропорционален измеряемой частоте и, соответственно, угловой скорости.

Эаполняя этот период импульсами эталонной частоты, получаем число,пропорциональное угловой скорости. С целью повышения точности преобразования целесообраз но, увеличить период Т путем деления частоты f вто2 2 рым делителем частоты с коэффициентом деления К. Тогда на выходе второго делителя чатоты получаем период следования импульсов T>=fN K /fo .

В предлагаемом измерителе вторым делителем частоты служит делитель

12, а первым — регистр 11 памяти, в который в обратном коде переписывается число п из счетчика 6. После появления на входе регистра 11 памяти и импульсов с выхода делителя 12 частоты, во всех десятичных разрядах регистра 11 записывается число

"9". В момент появления "девяток" во всех разрядах регистра 11 памяти (сборка "девяток" не.,показана) на его выходе появляется импульс, который заканчивается преобразованием числа, пропорционального периоду

Т, в,число; пропорциональное угловой скорости(и, а также формированием числа, пропорционального угловому ускорению d er/dt. Этот процесс преобразования происходит одновременно с процессом измерения периода.

В качестве счетчика, заполняемого импульсами образцовой частоты в течение времени преобразования Т, служит также счетчик 5 числа периода.

К началу каждого последующего интервала времени измерения Т в регистрах 9 и 11 памяти находятся соответственно числа H и в обратном коде и, полученные в предыдущем интервале. Счетчики 5 и 6 находятся в нулевом состоянии. Ключи 3 и 14 открыты.

Происходит заполнение счетчиков 5 и 6 соответствующими импульсами и формирование частоты f< на выходе схемы 8 ИЛИ, импульсы которой через ключ 14 и делитель 12 частоты поступают на вход регистра 11. По истечении времени Т на выходе регистра

11 появляется импульс, который закрывает ключ 14. Этот ключ остается закрытым до тех пор, пока в регистре 11 будут оставаться "девятки",.т.е. до окончания интервала времени измерения, когда в. регистр 11 будет переписано в обратном коде новое число и из счетчика 6. Этот импульс на выходе регистра 11 производит перепись числа, содержащегося в счетчике 5 к моменту окончания времени Т, в регистр 10 памяти. Это число H = С„T> = f N К/ф пропорционально угловой скорости и . Учитывая, что f = ZuU/2@ (где Z - число зубцов

15 датчика скорости),- получаем (6 +fo 2%/М, К2. Варьируя при заданном М„„ параметрами К, Z u в регистре 10 памяти постоянно имеется цифровой отсчет в единицах угло2О вой скорости с десятичным коэффициентом кратности.

Блок 13 измерения приращения угловой скорости содержит счетчик 15, регистр 16 памяти и ключ 17. В конце каждого интервала времени измерения

Т выходной импульс триггера 4 переписывает в обратном коде число М„ из регистра 10 в счетчик 15. С началом очередного интервала времени измерения и одновременно времени преобразования импульсы образцовой частоты через открытый ключ 17 поступают на вход счетчика 15. По истечении времени выходной сигнал регистра 11 памяти закрывает ключ 17 и переписывает число из счетчика 15. в регистр 16 памяти в прямом или обратном коде. Ключ 17 остается зак рытым до окончания времени Т . Если число Nö, импульсов, поступивших на

4р вход счетчика 15 в течение времени

Т, равно или меньше числа йц „, полу- ченного эа предыдущий интервал времени измерения, то в счетчике 15 записывается соответственно или число, 45 содержащее "девятки" во всех десятичных разрядах счетчика,или число,равное разности между "девятками" и числом а Мщ N - N В этом случае число

1 из. счетчика 15 переписывается в ре.гистр 16 памяти в обратном коде.

Если N ) Nzp, перепись осуществляется в йрямом коде. Вид кода определяет знак а.Мур.

Таким образом, в регистре 16 памяти постоянно. находится число д Мцу АММАН, KZ/fo 2 В, где дШ щ-й - величина, пропорциональная приращению угловой скорости за интервал времени измерения.

Разделив правую и левую часть этого выражения на время Т и учитывая, что Т const, получаем, что угловое ускорение

de)/Ь м Д(Ц Т 4 Ncofo 2C/N®KZ T пропорционально числу ь Мщ, содер65 жащемуся в регистре 16 памяти.

817593 формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 1337/59 Тираж 907 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4

При работе предлаг:.--мого цифрового измерителя угловой скорости и ускорения измерение скорости по периоду и преобразование периода в угловую скорость ведется одновременно каждый раэ в течение одного заданного постоянного интервала времени измерения. При этом заполнение счетчиков импульсами соответствующих частот происходит в течение всего ,интервала времени измерения или преобразования, что повышает точность и быстродействие измерителя.

Цифровой измеритель, угловой скорости и ускорения, содержащий импульсный датчик скорости, генератор эталонной частоты, соединенный через ключ со входом счетчика числа пери- д) ода, второй ключ, набор схем И, одни входы которых соединены,с выхрдамк ,соответствующих разрядов счетчика числа периода, а выходы — co входами схемы ИЛИ, счетчик числа импульсов 25 датчика скорости и блок измерения приращения угловой скорости, о т— л к ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и расшйрения функциональных воэможноствй, в него введены три ре- Зо гкстра памяти, делитель частоты к элемент стабилизации интервала времени измерения,, один вход которого подключен к выходу соответствующего разряда счетчика числа периода, другой вход, соединенный со входом счетчика числа импульсов датчика скорости и входом второго ключа, подключен к выходу датчика скорости, а выход соединен с третьим входом первого ключа, co входами первого и второго регистров памяти и со входом блока измерения приращения угловой скорости, другой вход которого соединен с выходом первого ключа, при этом другой вход первого регистра памяти, соединенный со входом третьего регистра памяти, подключен к выходу счетчика числа периода, а выходк другим входам набора схем И, выход третьего регистра памяти подключен к третьему входу блока измерения приращения угловой скорости, а другой вход третьего регистра памяти, соединенный со входом второго ключа и с четвертым входом блока измерения приращения угловой скорости, подключен к выходу второго регистра памяти, другой вход которого соединен с выходом счетчика числа импульсов датчика скорости, а третий вход через делитель частоты и второй ключ — с выходом схемы ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 168948, кл. G 01 P 03/54, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

9 488141, кл. G Oi P 11/00, 1975 (прототип).