2.3. Описание работы схемы Продолжительность импульса стробоскопа.

При использовании стробоскопа, частота вспышек зависит от того, сколько вращений детали может быть замечено. В идеале, вспышка должна быть как можно более короткой, чтобы избежать «размывания» движущейся детали.

Обычные стробоскопы используют ксеноновые трубки, производящие короткие, яркие вспышки, которые отлично подходят для работы с вращающимися деталями. Однако, в этой схеме используются белые светодиоды высокой яркости, и их яркость намного меньше чем у ксеноновой трубки.

В результате, период вспышки должен балансировать между яркостью и моментом вращения, который может быть замечен во время вспышки. Большинство белых светодиодов может быть использовано для получения коротких вспышек, необходимых для стробоскопа.

Для нашего светодиодного стробоскопа период вспышки может быть установлен между 23 пикасекундами и 6,5 миллисекундами. Более длительный период вспышки дает более яркий свет, но на практике период вспышки должен быть короче. Чем быстрее вращается деталь, тем короче должен быть период импульса, чтобы избежать «размывания» исследуемой детали.

Например, если скорость движения детали 5200 оборотов в минуту, мы должны выставить минимальный период вспышки чтобы фиксировать вращение до 1 градуса. Аналогично, если скорость вращения равна 166 об/мин, период вспышки должен быть установлен в 1 миллисекунду.

В альтернативу фиксированному периоду вспышки есть автоматический режим, который выставляет период вспышки в зависимости от измеренного количества оборотов. Эта зависимость может быть настроена вручную от 1% до 10%.

Заметим, что эти процентные соотношения неприменимы при очень высоких или очень низких значениях об/мин., т. к. установлены лимиты на длительность импульса.

Режимы работы.

Чтобы обеспечить работу каждого из трех разных способов измерения, устройство имеет два режима работы: генератор и триггер.

Режим «Генератор» используется для базовых стробоскопических измерений и когда он включен, он управляет стробоскопом. Для измерения нужно настраивать частоту кнопками «Выше» и «Ниже», ориентируясь на показания частоты на экране устройства.

Каждое нажатие кнопки изменяет значение об/мин на 100 единиц, а вращающаяся ручка позволяет изменять значения на 1. Экран отображает от 1 об/мин и от 0,01 Гц.

Альтернативный режим «Триггер» используется для произведения измерений, использующих способ фотопрерывателя и отраженного ИК-луча. В этом режиме тахометр управляется сенсорами, и экран показывает частоту и кол-во оборотов, которые снимает сенсор. Свет стробоскопа опционально управляется теми же сенсорами.

Как говорилось ранее, сенсор может быть щелевым диском, фотопрерывателем или датчиком, воспринимающим отраженный инфракрасный луч. Отметим, что в этом режиме тахометр не может настраиваться вручную и и считает скорость вращения основываясь на показаниях датчиков.

Принцип работы тахометра.

В этом тахометре используется нетрадиционный способ измерения количества оборотов в минуту.

Традиционный способ — это подсчет количества импульсов за определенный период, обычно равный одной секунде. Этот метод удобен и приемлем когда количество оборотов высоко и за одну секунду происходит достаточное количество импульсов.

Однако, для подсчета кол-ва оборотов в минуту, частота входящих импульсов может быть недостаточна для односекундного периода. Например, при 1000 об.мин., входящая частота будет равна 16,66 Гц (принимая один импульс за один оборот) и на экране счетчика мы увидим 16 или 17 Гц. После умножения на 60, для подсчета оборотов в минуту, мы получим значение 960 либо 1020 об.мин..

Другими словами, мы получим погрешность в 60 оборотов в минуту.

Конечно, мы можем считать сигналы каждые 10 или 100 секунд, чтобы получить точность до 6 или 0,6 оборотов в минуту. Однако, 10 секунд это слишком длительное время и машина может изменить скорость вращения за этот период. Да и об ожидании в 100 секунд в таком случае стоит вообще забыть.

Так как же измерять скорость вращения с большой точностью и высокой скоростью обновления? Это описано и ниже.

Для режима «Триггер», тахометр использует 5МГц генератор и счетчик. Счетчик настроен на подсчет количества импульсов от генератора между каждым сигналом от датчика.

То есть, если сигнал датчика имеет положительные импульсы с промежутком в 60 миллисекунд, счетчик будет считать до 300000 между каждым импульсом. Значение счетчика хранится в специальном регистре, и когда счетчик обнуляется — это значит что он готов к следующему подсчету.

Расчеты в таком случае направлены на значение оборотов в минуту. Этот процесс включает в себя деление 300 000 000 (т. е., количество импульсов 5МГц генератора) на значение хранящееся в регистре. То есть, если в регистре хранится значение 3000000, мы получим 1000 оборотов в минуту.

Другой способ расчета направлен на расчет частоты триггера (50 000 000 делим на значение в регистре счетчика)

Этот расчет на 1000 об.мин выполнен за 50мс и имеет разрешающую способность 1 на 3000 000, это дает точность расчета до 1 оборота в минуту. Это существенно лучше чем традиционный метод, описанный выше.

Для режима «Генератор» операция расчета немного отличается. Счетчик продолжает считать 5МГц сигнал, но в этом случае расчет основан на определении значения, которое должен достичь счетчик чтобы обеспечить необходимое значение об/мин и частоту вспышек стробоскопа.

В этом случае расчет представляет собой деление 300 000 000 на установленное значение об/мин. Рассчитанное значение помещается в регистр сравнения и когда счетчик достигает необходимого значения, стробоскоп загорается. После этого счетчик обновляется и считает заново, чтобы снова зажечь стробоскоп в установленное время.

Чем больше вращающихся крыльчаток, спиц, либо меток в детали, тем больше импульсов будет произведено за один период обращения. В таком случае, может быть установлен коэффицент деления от 1 до 8. например, если происходит 8 импульсов за один оборот детали, коэффицент деления может быть установлен на 8, чтобы обеспечить правильность счета.

Для делителей от 2 до 8, мы имеем возможность включения стробоскопа на определенном импульсе от сенсора. Например, если мы имеем 8 импульсов за оборот, мы можем заставить стробоскоп включаться только на первом или на втором или на любом другом импульсе вплоть до восьмого.

Кроме того, границы импульсов могут быть установлены пользователем, и стробоскоп сработает когда частота импульсов увеличивается или учащается. Каждая из этих границ будет обеспечивать разный вид на машину, так как «замершее» положение детали может меняться.

Дополнительные устройства

Фотопрерыватель и датчик отраженного излучения реализуются на дополнительных платах, подключаемых к устройству. Их принципиальные схемы указаны на рисунках 11 и 12.

Рисунок 11 Принципиальная схема фотопрерывателя

Рисунок 11 Принципиальная схема фотопрерывателя

Рисунок 12 Принципиальная схема датчика отраженного излучения