数字测速仪

工业生产中经常需要精密地测定设备的速度、转速、频率和其它各种脉冲量。有的一台装置要求测定多种数据，有的要求测定不同机台上的速度。这些都可以用一台数字测速仪来实现。本文介绍一种工业上用的数字测速仪，仪器采用HTL集成电路，具有高抗干扰特点；采用石英振荡器，数据精确；使用者不需换算，可以直接从仪器上读出被测设备的速度（米／分）、转速（转／分）、频率（周／秒）等数据；仪器有四位数，数字间有小数定位，每次测量从计数、显示、复位到下次测量都是自动进行，操作简便。

被测速度脉冲信号经输入电路放大整形后输送给信号与非门。信号与非门的开门时间是由门控电路控制。在开门时间内信号与非门输出的计数脉冲由计数器累计计数。门时间结束时，计数器停止计数，数据由数码管显示。仪器原理方框图见图1。

门时间的长短是根据被测对象具体要求计算得到的，并在电路上预先设定好。门时间标准是由4千赫石英振荡器经40分频得到100赫，再经时基分频器，时基分频器由9个2分频器组成，可以得0.01×2\(^{n}\)秒周期脉冲（n＝0～9）。故仪器的门时间可以在0.005～5.12秒范围内任意设定。

从计数、显示、复位到下一次重新计数，这种重复程序控制是由门控电路来完成，它是由门控RS触发器、显示单稳、复位单稳组成，系整个仪器的控制指挥部分。

数字测速仪接受的信号波形是各式各样的，如正弦波、脉冲波、三角波等。而仪器数字电路对信号脉冲幅度和波形都有一定的要求。输入电路的作用就是将信号中的干扰滤除去，把不同波形信号交换成幅度一定的方波。

工业上有的速度信号取自磁电式速度传感器，从

图4所画输入电路，是用于与可控硅变频器配套的数字测速仪，它的速度信号取自可控硅变频器中脉冲发生器，输入电路可以从简，用一级放大即可。

时基电路由4KC石英振荡器、40分频器、时基2\(^{n}\)分频器和时基与非门组成。石英晶体与BG\(_{21}\)、BG22接成三点式振荡器，见图4。调整R\(_{21}\)阻值，使电路在通电后15秒钟内起振。振荡波形经C1R\(_{4}\)微分后由YF1输出窄脉冲。

40分频器用两只H013JK触发器和一只H150计数器组成。H013的J、K端置“1”时即成为2分频器。H150计数器的Q\(_{A}\)端与CPB端外接，CP\(_{A}\)端输入计数脉冲即成为二—十进制计数器，作10分频用。

时基分频器由n个2分频器组成，以便得到0.01×2\(^{n}\)秒(n=0～9）可设定的门时间。n最大取9，门时间最大为5.12秒。

电路中时基与非门个数的多少取决予仪器所要测定的数据种类，用琴键开关1KZQ接入门控电路。门时间的含义与计算见后述。

门控自动复位电路由门控RS触发器YF6、7、8和显示单稳YF9、10、11、12，以及复位单稳YF13、14、15组成，逻辑原理图见图5。

电路复位后，门控RS触发器S\(_{2}\)＝S3=1、R\(_{2}\)＝R3＝1，时基与非门输出S\(_{1}\)亦为高电平。这时R1端输入1KHz启动脉冲（从时基部分CF\(_{2}\) 来），门控RS触发器的Q-端保证为高电平，打开信号与非门YF16，信号脉冲送到计数器。从门控RS触发器真值表（见表1）可知：只要S端为1，Q-保持为1不变，信号与非门保持开门状态，不受R\(_{1}\)端1KHz脉冲的影响。

时基与非门各输入端均为高电平时输出停止脉冲。S\(_{1}\)由高电平变为低电平，门控RS触发器翻转，Q-端变为低电平，门时间即告结束。这时YF16信号与非门关闭，计数停止。触发器各点波形见图6a、b、c。由图可见，从复位后启动脉冲使门控RS触发器翻转、Q-端变为高电平开始（图6中t\(_{1}\)），到停止脉冲从S1端输入使Q-端重新变为低电平（图6中t\(_{2}\)）的时间为门时间T。T=\(\frac{1}{2}\)ΣTn。ΣTn为时基与非门输入端各脉冲周期之和。

门时间结束，Q-端变为低电平，YF\(_{9}\)输出高电平，YF10输出低电平。但BG\(_{2}\)基极电容C3上高电位通过R\(_{5}\)放电很慢，使BG2输出仍保持高电平，YF\(_{ll}\)输出低电平。YFll输出接S\(_{2}\)、R2输入端对门控RS触发器进行闭锁，以保持Q-端低电平状态，即保持关门状态，而不受S\(_{1}\)、R1输入端电平变化的影响。这一暂态过程一直持续到C\(_{3}\)放电使BG2输出电平低于YF\(_{11}\)开门电平，YF11输出恢复高电平为止，见波形图6d、e、f、g。t\(_{2}\)～t3为显示单稳暂态时间，即显示时间。

显示结束YF\(_{12}\)输出由高电平跳变为低电平，经C4R\(_{7}\)微分后的负脉冲使YF13输出变为高电平、YF\(_{14}\)输出低电平。YF14输出接S\(_{3}\)、R3对门控RS触发器进行闭锁，以保持电路复位期间Q-端低电平状态不变。当C\(_{5}\)充电电流衰减使YF14输入电平下降到开门电平以下时，YF\(_{14}\)输出恢复高电平。复位单稳各点波形见图6h、l、i、k。t3～t\(_{4}\) 即复位时间，其大小由R8C\(_{5}\)数值决定，一般在lms左右，以避免这次复位与下次计数同时进行而引起计数遗漏。

计数器采用二——十进制计数器H150。译码驱动器用H270，显示用辉光数码管SZ4－1，系常见电路，这里不再介绍。

全机电源共两组；＋185V供辉光数码管用，＋15V供各集成电路用。＋15V电源中用了集成稳压器W2—03B，外接功率管BG\(_{9}\)以扩大电流输出。为防止电路振荡，接入C8、C\(_{9}\)。R12为限流保护电阻，其阻值为R\(_{12}\)=0.5VILmax，其中I\(_{Lmax}\)为最大负载电流。

数字测速仪直接显示机器的速度（米／分），为把测速头（磁电式速度传感器）发出的脉冲数直接折算到机器的速度，必需正确计算仪器的时基，即门时间T。

〔例1〕用数字测速仪测定某机器烘筒的速度，该机器减速机构简图见图7。

令ΣI=测速头到机器传动辊的总减速比

若测速头每转发出30个脉冲，则

时基与非门输入端各脉冲周期之和ΣT\(_{n}\)=2T=5.14秒，因此时基与非门的输入端应接：T9=5.12秒；T\(_{1}\)=0.02秒。

〔例2〕用数字测速仪测定可控硅变频器频率及VC406A涤纶长丝纺丝联合机中绕丝机磨擦辊线速度（本例仪器原理图见图4）。

测速仪的输入信号取自可控硅变频器脉冲发生器的输出脉冲，其频率为可控硅变频器输出频率的6倍。测速仪最小读数取m＝0.1周／秒

（1）频率测定：

ΣT\(_{n}\)=2T=3.34秒，因此时基与非门的输入端接：T8=2.56秒；T\(_{6}\)=0.64秒；T3=0.08秒；T\(_{2}\)=0.04秒；T1=0.02秒。

（2）速度测定：

磨擦辊用同步电机直接拖动，电机4极，（n\(_{0}\)=1500），磨擦辊直径D=151mm。频率为50赫时磨擦辊线速度V=n0πDΣI。测速仪最小读数取m=1米／分

ΣT\(_{n}\)=2T=4.74秒，时基与非门的输入端应接：T8=2.56秒；T\(_{7}\)=1.28秒；T6=0.64秒；T\(_{4}\)=0.16秒；T3=0.08秒；T\(_{1}\)=0.02秒。(厘波)