6.1.4. Измерители больших перемещений (расстояния)
Такие приборы применяются для измерения пройденного расстояния, в частности движущихся средств, например автомобилей.
Принцип действия измерителей линейных перемещений данного типа основан на преобразовании числа импульсов, соответствующего одному кванту, в цифровой код, соответствующий перемещению.
В частности, в самом простом случае для одной группы "контакт – считыватель" при измерении перемещения автомобиля квант
где d – диаметр колеса.
Структурная схема измерителя расстояния с использованием числоимпульсного метода преобразования приведена на рис. 6.13. В данной схеме в качестве датчика применена пара "магнит – геркон", но возможно использовать и пару "светодиод – фотодиод".
Рис. 6.13. Структурная схема измерителя расстояния
На рисунке обозначено: ФИ – формирователь импульсов; СИ – счетчик импульсов; Рг – регистр хранения (например, FLASH ПЗУ); ЦОУ – цифровое отсчетное устройство; БП – блок питания.
Работа схемы осуществляется следующим образом. При включении питания схема БП вырабатывает импульс предустановки, производящий запись кода с выхода Рг в схему СИ через выходы параллельной загрузки.
В качестве регистра можно использовать FLASH ПЗУ с низким напряжением записи.
В такой конструкции магнит крепится на подвижной части колеса, например на спице (для велосипеда) или диске (для автомобиля), а геркон(ы) крепится на неподвижной части в непосредственной близости от колеса. Один из выводов контакта следует присоединять к земле, второй – к входу ФИ.
При прохождении магнита рядом с контактом он замыкается, и схема ФИ подает на СИ импульс низкого логического уровня. В результате содержимое СИ увеличивается, и на ЦОУ отображается текущее значение пройденного расстояния.
Если на подвижной части колеса расположен один магнит, то содержимое СИ увеличивается на 1 за один оборот колеса, а квант расстояния
qlx = d,
где d – расстояние от центра колеса до магнита.
Обычно для повышения разрешающей способности измерителя расстояния на колесе устанавливают m магнитов. В этом случае квант расстояния qlx = d/m, а выходной код СИ, соответствующий одному обороту:
NX = qlx m.
Для получения отсчета NX в метрах следует выполнить условие
qlx = 10n м,
где n – любое целое (положительное или отрицательное) число или нуль.
Отсюда расстояние d определяется формулой
d = 10n m/.
В схеме, приведенной на рис. 6.13, для сохранения значения общего пройденного километража при отключении питания БП выдает на Рг сигнал "запись", и текущее значение кода NX с выхода СИ записывается в Рг.
В качестве ФИ можно использовать схему, приведенную на рис. 6.14.
Рис. 6.14. Принципиальная схема ФИ в измерителе расстояния
Порог срабатывания ФИ определяется по формуле
где U(1) – напряжение логической единицы инвертора.
Структурная схема, приведенная на рис. 6.13, может использоваться не только при измерении расстояния, но и в измерителях скорости. Один из вариантов структурной схемы цифрового спидометра-счетчика километража приведен на рис. 6.15.
Рис. 6.15. Структурная схема цифрового спидометра-счетчика километража
Здесь нижняя часть схемы, связанная с ЦОУ1, представляет собой счетчик километража, работа которого была рассмотрена выше. Работа верхней части схемы, связанной с ЦОУ2, и представляющей собой собственно спидометр, осуществляется следующим образом. По переднему фронту импульса Т0 с выхода формирователя времени измерения ФВИ блок управления БУ снимает со счетчика импульсов СИ2 сигнал сброс, разрешая подсчет импульсов с выхода селектора DD1, прошедших от формирователя ФИ. По заднему фронту импульса Т0 БУ подает на Рг2 сигнал "запись", переписывая в него код результата преобразования скорости NVx. Затем БУ подает на СИ2 сигнал "сброс" и удерживает его до прихода следующего переднего фронта импульса Т0.
Код NVx на выходе СИ2 связан с измеряемой скоростью VX следующим выражением:
NVx = VX T0.
Емкость СИ2 находится по формуле
N0 = VXmax/qVx,
где qVx – разрешающая способность спидометра, км/ч; VXmax – максимальная измеряемая скорость, км/ч.
В результате
T0 = N0/VXmax.
Поскольку значение Т0 получено в часах, следует умножить его на 3600 для перевода в секунды.