8.11. Цифровые датчики скорости

Цифровой датчик скорости обладает большей точностью по сравнению с тахогенераторами. Он состоит из двух основных частей: импульсного преобразователя скорости (ИП) и кодового преобразователя (КП).

Импульсный преобразователь ИП преобразует угловую скорость вала в импульсы напряжения частотой f, пропорциональной скорости вращения вала. ИП может быть выполнен на основе кодового диска с окнами, расположенными на двух концентрических дорожках (рис. 8.16а). Две дорожки используются для того, чтобы определить направление вращения диска (вала). Окна внутренней дорожки сдвинуты на определенный небольшой угол по отношению к окнам внешней дорожки, как показано на рис. 8.16а.

Когда диск вращается с некоторой угловой скоростью ω, излучение от источников (светодиодов) через окна дорожек периодически попадает на фотодиоды (рис. 8.16б). При этом проводимость фотодиодов увеличивается. По сигналам с фотодиодов в блоке формирования импульсов И вырабатываются импульсы частотой

,

где n - количество окон на дорожке (на рис. 8.19а четыре окна на дорожке). Длительность τ импульса напряжения U_H , формируемого от окна наружной дорожки, и импульса U_B от окна внутренней дорожки тем меньше, чем больше скорость ω.

Принцип формирования выходных сигналов U_ω>0 и U_ω<0 блоком И в зависимости от направления вращения кодового диска иллюстрируется на рис. 8.17.

В блоке формирования импульсов И предусматривается одновибратор S, который генерирует на выходе одиночный импульс малой длительности τ_S (τ_S<<τ). Запускается одновибратор передним фронтом входного импульса. Выходной сигнал импульсного преобразователя ИП снимается с одного из двух его выходов в зависимости от направления вращения кодового диска. Импульсы частотой f_И длительностью τ_S поступают из ИП в кодовый преобразователь.

Кодовый преобразователь КП (см. рис. 8.16б) – счетчик импульсов - суммирует импульсы ИП за период времени Т (T>>1/f_И) и формирует с периодичностью 1/Т цифровой код y^N … y¹ y⁰ суммарного количества импульсов

. (8.7)

Величина n_T характеризует среднее значение скорости ω на интервале времени Т. Погрешность измерения скорости определяется зависимостью

δ_ω=1/n_T , (8.8)

так как младшему разряду y⁰ КП соответствует один импульс.

Повышение точности цифрового датчика скорости достигается путем увеличения количества n окон на каждой дорожке кодового диска (реально n >>4) и путем увеличения интервала времени Т суммирования импульсов. Однако чрезмерное увеличение Т приводит к росту отклонения среднего значения скорости, определяемого числом y^N … y¹ y⁰ , от мгновенного значения ω . Из выражений (8.8) и (8.7) также следует, что погрешность δ_ω возрастает при малых скоростях ω . Поэтому для цифрового измерения малых значений ω применяют другой способ формирования цифрового кода – подсчитывается количество создаваемых высокочастотным генератором опорных импульсов, которые умещаются на интервале между двумя соседними импульсами на выходе импульсного преобразователя. Этот способ дает погрешность, возрастающую с увеличением скорости ω.