Функциональная схема цифрового датчика скорости и направления с индикацией. Кодовый диск фотоэлектрического ДИ

1.  Функциональная схема цифрового датчика скорости и направления с индикацией.

Рис. 1.1 Объединенная функциональная схема цифрового датчика скорости и направления и цифровой индикации

СЭ1, СЭ2   –  светоизлучающие элементы.

КД – кодовый диск.

ФП1, ФП2 – фотоприемники первой и второй цепи.

ФИ1, ФИ2 – формирователи импульсов первой и второй цепи.

ОВ – одновибраторы, сужающие импульсы.

ДИ – датчик импульсов, преобразующий угловую скорость в электрические импульсы.

РИ – разделитель импульсов.

ГИ – генератор импульсов с частотой 10 Гц, 5 Гц и 1 Гц для работы блока разрешения и блокировки счета импульсов, а также для обнуления счетчиков.

«Блок РиБСч» – блок разрешения, блокировки счета импульсов и сброс счетчиков.

«Блок СчИм» – блок счета импульсов с подблоком сброса (обнуления) счетчиков.

«Блок ДиП» – блок дешифрирования и преобразования сигналов для подачи на индикатор.

Инд – индикатор.

Функционально в цифровом датчике скорости и направления (ЦДСиН) можно выделить две основные части:

-  импульсный преобразователь скорости – датчик импульсов (ДИ), преобразующий угловую скорость вала в импульсы с частотой f, пропорциональной скорости;

-  кодовый преобразователь – счетчик импульсов, формирующий на интервале измерений Т цифровой код A_n выходной величины датчика скорости (рис.1.1).

Датчик импульсов может быть выполнен на основе индуктосина (на основе датчика Холла) или фотоэлектрического кодового диска (светоизлучающий элемент – фотоэлемент). В любом варианте датчик импульсов вырабатывает две серии импульсов, сдвинутых по фазе на , которые используются для определения угловой скорости и ее знака. На рис. 1.2 изображен кодовый диск фотоэлектрического датчика импульсов. На двух дорожках расположены отражающие свет метки. Свет от источников HL1 и HL2, отражаясь от меток, попадает на фототранзисторы BL1 и BL2, которые при этом открыты и пропускают ток. Когда свет не отражается от меток, фототранзисторы, работая в ключевом режиме, запирают цепь. При вращении диска с угловой скоростью ω BL1 и BL2 дают чередование максимального и минимального сигналов с частотой:

, где  – импульсная емкость кодового диска – число импульсов на один оборот диска.

Для обеспечения точности, указанной в задании к курсовому проекту, принимаем импульсов/об, следовательно:

 Гц.

Формирование цифрового кода на выходе датчика скорости с помощью счетчика может выполняться двояко. Один вариант формирования цифрового кода скорости состоит в определении интервала времени между импульсами путем подсчета числа высокочастотных опорных импульсов, умещающихся на измеряемом интервале.

Второй способ – на заданном периоде измерения T счетчик может подсчитать число импульсов, которое будет характеризовать среднее значение скорости:

.

Так как второй способ более прост, спроектируем датчик скорости и направления по этому способу. Примем с, тогда число импульсов:

.

Так как младшему разряду датчика соответствует один импульс, то разрешающая способность ЦДС составляет N:1, а точность измерения . Очевидно, дискретность по скорости датчика, об/с, определится величиной

. [1]

Рис.1. 2. Кодовый диск фотоэлектрического ДИ

2.  Расчет и синтез отдельных узлов и основных элементов датчика скорости и направления (ЦДС).

2.1.  Расчет фотоприемника и формирователя импульса.

Рис. 2.1.1 Фотоприемник и формирователь импульсов

Выбираем фототранзистор типа PNP PS3022 [2] и сведем его параметры в таблицу 2.1.1:

Таблица 2.1.1

Длина волны λp, нм	Время отклика, мкс	Фототок мА (при Uкэ, В)	Темновой ток Iтемн. мкА (при Uобр,В)	Uкэ, В	Iк, мА	Температура °С	Uкэнас, В
880	5	7 (5)	0,2 (10)	30	30	-30/+85	2

При открытом транзисторе падение напряжение на сопротивлении R1 будет составлять