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專利名稱：轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量方法和測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量高精度轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)臺(tái)是標(biāo)定、測(cè)試及檢驗(yàn)慣性器件的設(shè)備，精度要求特別高。轉(zhuǎn)臺(tái)速率測(cè)量方法是當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)以一定速率轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用感應(yīng)同步器或光柵盤等反饋元件輸出一定頻率的脈沖信號(hào)，此信號(hào)的頻率與轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速之間存在著確定的比例關(guān)系，具體的比例依反饋電路或用戶設(shè)置而定。只要準(zhǔn)確測(cè)量出此脈沖信號(hào)的頻率，按照比例關(guān)系，就可準(zhǔn)確計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的速率。這種測(cè)量方法的關(guān)鍵在于對(duì)脈沖信號(hào)頻率測(cè)量的精確度。現(xiàn)有的頻率測(cè)量方法是在預(yù)設(shè)的采樣時(shí)間內(nèi)，直接利用計(jì)數(shù)器采集反饋元件輸出的脈沖個(gè)數(shù)，以計(jì)算出反饋信號(hào)的頻率，然后根據(jù)此頻率計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速。該方法的缺點(diǎn)是，由于采樣時(shí)間是固定的，因此可能會(huì)產(chǎn)生最大±1個(gè)字的記數(shù)誤差。±1個(gè)字的記數(shù)誤差對(duì)于高頻的被測(cè)頻率沒(méi)有太大影響，但隨著待測(cè)信號(hào)頻率的降低，±1個(gè)字的記數(shù)誤差產(chǎn)生的測(cè)量相對(duì)誤差會(huì)越來(lái)越大。因此，這種直接測(cè)量頻率的方法在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)測(cè)量精度是變化的，特別是在轉(zhuǎn)臺(tái)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于輸出的脈沖個(gè)數(shù)極少，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出反饋信號(hào)的頻率，也就不能準(zhǔn)確計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種能夠等精度地精確測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)速率的方法和測(cè)量裝置。
本發(fā)明的方法的技術(shù)解決方案是轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量方法，包括下列步驟(1)將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)按轉(zhuǎn)速固定比例轉(zhuǎn)化為待測(cè)脈沖信號(hào)，用一個(gè)晶振產(chǎn)生高頻基準(zhǔn)信號(hào)，將高頻基準(zhǔn)信號(hào)與轉(zhuǎn)臺(tái)的待測(cè)脈沖信號(hào)分別送入各自對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器；(2)當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間開(kāi)始時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器不立即開(kāi)始計(jì)數(shù)，等到待測(cè)脈沖信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；(3)當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間結(jié)束時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器不立即停止記數(shù)，等到待測(cè)脈沖信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才同時(shí)停止計(jì)數(shù)，此時(shí)向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)；(4)當(dāng)記數(shù)停止后，計(jì)算機(jī)分別讀出兩個(gè)計(jì)數(shù)器的值，計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)待測(cè)脈沖信號(hào)的頻率，換算成轉(zhuǎn)臺(tái)速率。
本發(fā)明的裝置的技術(shù)解決方案是晶振產(chǎn)生的高頻基準(zhǔn)信號(hào)分成兩路，一路高頻基準(zhǔn)信號(hào)接入第一計(jì)數(shù)器的輸入端，另一路高頻基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器分頻為預(yù)置采樣時(shí)間的周期性方波信號(hào)接入D觸發(fā)器的輸入端，反饋元件安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成待測(cè)脈沖信號(hào)，待測(cè)脈沖信號(hào)分成兩路，一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入D觸發(fā)器的時(shí)鐘端，另一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入第二計(jì)數(shù)器的輸入端，D觸發(fā)器的輸出端同時(shí)與所有計(jì)數(shù)器的門控端相連，并與計(jì)算機(jī)相連，當(dāng)D觸發(fā)器的輸出端為負(fù)跳變時(shí)，向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求；在D觸發(fā)器的輸出端為低電平期間，計(jì)算機(jī)分別從所有計(jì)數(shù)器中讀出值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是通過(guò)使用精確的高頻基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率，在預(yù)置的采樣時(shí)間開(kāi)始后，從待測(cè)信號(hào)的第一個(gè)上升沿處開(kāi)始同時(shí)對(duì)高頻基準(zhǔn)信號(hào)及待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，在預(yù)置的采樣時(shí)間結(jié)束后，在待測(cè)信號(hào)緊接著的一個(gè)上升沿處同時(shí)停止對(duì)高頻基準(zhǔn)信號(hào)及待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，通過(guò)已知的高頻基準(zhǔn)信號(hào)頻率以及其計(jì)數(shù)值與待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，可以得出待測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確的頻率。本發(fā)明測(cè)量的相對(duì)誤差與待測(cè)信號(hào)的頻率大小無(wú)關(guān)，而只與實(shí)際采樣時(shí)間ts和基準(zhǔn)信號(hào)的頻率fs有關(guān)，且相對(duì)誤差小于1/tsfs。使用這種測(cè)量方法要想提高測(cè)量精度，只要能保證基準(zhǔn)信號(hào)的頻率fs足夠高且采樣時(shí)間ts足夠長(zhǎng)，就能保證測(cè)量相對(duì)誤差足夠小。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)，可根據(jù)所需要的測(cè)量精度來(lái)確定ts和fs。當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)的頻率為10MHz時(shí)，采樣時(shí)間與測(cè)量精確度滿足

當(dāng)ts和fs有都固定下來(lái)后，相對(duì)測(cè)量誤差就是一個(gè)固定值，即在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)是相等的。特別是對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即使被測(cè)反饋信號(hào)的頻率很低，本發(fā)明也能準(zhǔn)確測(cè)量出其頻率值，從而得到轉(zhuǎn)臺(tái)速率的精確值。


圖1為本發(fā)明測(cè)量方法的時(shí)序圖；圖2為本發(fā)明測(cè)量裝置的電路示意圖；圖3為本發(fā)明中計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的主程序流程圖；圖4為本發(fā)明中計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的中斷服務(wù)子程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(1)用感應(yīng)同步器3將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為待測(cè)脈沖信號(hào)，當(dāng)激磁信號(hào)的頻率為2000Hz時(shí)，反饋信號(hào)的頻率為2000±ΔfHz，其中的Δf就是轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速，符號(hào)表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向。按照轉(zhuǎn)動(dòng)速率為0°/s對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)2000Hz的固定對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換。待測(cè)脈沖信號(hào)分成兩路，一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入由74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4的時(shí)鐘端CLK端，另一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入8254芯片5上的計(jì)數(shù)器T0的輸入端CLK0端，如圖2所示。
8254芯片5內(nèi)部有3個(gè)相互獨(dú)立的計(jì)數(shù)器T0、T1、T2，將其設(shè)定為方式2工作，每個(gè)計(jì)數(shù)器可單獨(dú)進(jìn)行16位的計(jì)數(shù)操作。由于基準(zhǔn)信號(hào)的頻率很高，在1s內(nèi)約有107個(gè)脈沖，而16位計(jì)數(shù)器最多可以計(jì)65535個(gè)脈沖，直接使用16位計(jì)數(shù)器對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)會(huì)發(fā)生溢出錯(cuò)誤，將8254芯片5計(jì)數(shù)器T1的輸出端OUT1端接到計(jì)數(shù)器T2的輸入端CLK2端，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器T1每次計(jì)滿回零時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)進(jìn)位脈沖到計(jì)數(shù)器T2的輸入端CLK2端，從而構(gòu)成了一個(gè)32位的計(jì)數(shù)器，其在1s內(nèi)最多可以計(jì)4294967295個(gè)脈沖，可以滿足對(duì)10MHz的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。待測(cè)信號(hào)的個(gè)數(shù)nx用16位的計(jì)數(shù)器T0來(lái)計(jì)數(shù)就可以滿足要求。
(2)用一個(gè)精度為10-8，頻率為10MHz晶振1產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)，基準(zhǔn)信號(hào)分成兩路，一路基準(zhǔn)信號(hào)接入8254芯片5上的計(jì)數(shù)器T1的輸入端CLK1端；另一路基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器2分頻為1Hz的預(yù)置采樣時(shí)間周期性方波信號(hào)，接入由74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4的輸入端D端；D觸發(fā)器4的輸出端Q端同時(shí)與計(jì)數(shù)器T0的門控端GATE0端、計(jì)數(shù)器T1的門控端GATE1端、計(jì)數(shù)器T2的門控端GATE2端相連，并接入控制計(jì)算機(jī)的外部中斷接口。
(3)74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4對(duì)輸入的預(yù)置采樣時(shí)間的信號(hào)及待測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步，D觸發(fā)器4在每個(gè)CLK端的上升沿采樣D端的電平，并使輸出端Q端與D端的電平一致。
如圖1所示。系統(tǒng)開(kāi)始工作后，D觸發(fā)器4在待測(cè)信號(hào)的每個(gè)上升沿采樣D端電平。當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間的信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖胶螅珼觸發(fā)器4在此后待測(cè)信號(hào)的第一個(gè)上升沿將各計(jì)數(shù)器的GATE端由低置高，各計(jì)數(shù)器同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，實(shí)際采樣時(shí)間開(kāi)始。當(dāng)預(yù)置采樣信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅珼觸發(fā)器4在此后待測(cè)信號(hào)的第一個(gè)上升沿將各計(jì)數(shù)器的GATE端由高置低，各計(jì)數(shù)器同時(shí)停止計(jì)數(shù)，實(shí)際采樣時(shí)間結(jié)束。
(4)當(dāng)記數(shù)停止后，用控制計(jì)算機(jī)分別讀出各計(jì)數(shù)器的值。用STD工控機(jī)作為控制計(jì)算機(jī)，將上述電路做成標(biāo)準(zhǔn)的STD板卡，作為用戶目標(biāo)板插入STD機(jī)籠中。將8254芯片5中三個(gè)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)線D0～D7和地址線A0～A2分別接到STD工控機(jī)的數(shù)據(jù)線和地址線，直接由STD工控機(jī)的CPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)置入、讀出和計(jì)算。
將D觸發(fā)器4的Q端接入STD工控機(jī)的INT9端，在每次采樣結(jié)束后即Q端的下降沿，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。在Q端為低電平期間，CPU分別從8254芯片5的三個(gè)計(jì)數(shù)器中讀出值，并做數(shù)據(jù)處理。
如圖3和圖4所示，主程序在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后完成對(duì)8254芯片的初始化、設(shè)置中斷向量和打開(kāi)中斷允許后，便可進(jìn)行其它工作；當(dāng)CPU收到INT9中斷后發(fā)出中斷響應(yīng)，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，中斷服務(wù)子程序運(yùn)行時(shí)，CPU從8254芯片的三個(gè)計(jì)數(shù)器中讀出計(jì)數(shù)值，計(jì)算出基準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，從而計(jì)算出被測(cè)信號(hào)頻率，然后計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的速率值后，返回主程序。在本次測(cè)量中，待測(cè)信號(hào)的記數(shù)值nx為1001，基準(zhǔn)信號(hào)的記數(shù)值ns為5002499，基準(zhǔn)信號(hào)的頻率fs為10MHz，則待測(cè)信號(hào)的頻率fx為fx=nxnsfs=(1001/502499)×10M=2001Hz]]>將此頻率值減去激磁的頻率值2000Hz，可計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的速率值為1°/s，為正向轉(zhuǎn)動(dòng)。
計(jì)算完成后CPU退出中斷服務(wù)子程序，繼續(xù)進(jìn)行其它工作。
實(shí)施例2(1)用光柵盤3將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為待測(cè)脈沖信號(hào)，按照轉(zhuǎn)速1°/s對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)100Hz的固定比例轉(zhuǎn)換，待測(cè)脈沖信號(hào)分成兩路，一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入由74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4的時(shí)鐘端CLK，另一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入8254芯片5上的計(jì)數(shù)器T0的輸入端CLK0端，如圖2所示。
8254芯片5內(nèi)部有3個(gè)相互獨(dú)立的計(jì)數(shù)器T0、T1、T2，將其設(shè)定為方式2工作，每個(gè)計(jì)數(shù)器可單獨(dú)進(jìn)行16位的計(jì)數(shù)操作。由于基準(zhǔn)信號(hào)的頻率很高，在1s內(nèi)約有107個(gè)脈沖，而16位計(jì)數(shù)器最多可以計(jì)65535個(gè)脈沖，直接使用16位計(jì)數(shù)器對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)會(huì)發(fā)生溢出錯(cuò)誤，將8254芯片5計(jì)數(shù)器T1的輸出端OUT1端接到計(jì)數(shù)器T2的輸入端CLK2端，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器T1每次計(jì)滿回零時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)進(jìn)位脈沖到計(jì)數(shù)器T2的輸入端CLK2端，從而構(gòu)成了一個(gè)32位的計(jì)數(shù)器，其在1s內(nèi)最多可以計(jì)4294967295個(gè)脈沖，可以滿足對(duì)10MHz的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。待測(cè)信號(hào)的個(gè)數(shù)nx用16位的計(jì)數(shù)器T0來(lái)計(jì)數(shù)就可以滿足要求。
(2)用一個(gè)精度為10-8，頻率為10MHz晶振1產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)，基準(zhǔn)信號(hào)分成兩路，一路基準(zhǔn)信號(hào)接入8254芯片5上的計(jì)數(shù)器T1的輸入端CLK1端；另一路基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器2分頻為1Hz的預(yù)置采樣時(shí)間周期性方波信號(hào)，接入由74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4的輸入端D端；D觸發(fā)器4的輸出端Q端同時(shí)與計(jì)數(shù)器T0的門控端GATE0端、計(jì)數(shù)器T1的門控端GATE1端、計(jì)數(shù)器T2的門控端GATE2端相連，并接入控制計(jì)算機(jī)的外部中斷接口。
(3)74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4對(duì)輸入的預(yù)置采樣時(shí)間的信號(hào)及待測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步，D觸發(fā)器4在每個(gè)CLK端的上升沿采樣D端的電平，并使輸出端Q端與D端的電平一致。
如圖1所示。系統(tǒng)開(kāi)始工作后，D觸發(fā)器4在待測(cè)信號(hào)的每個(gè)上升沿采樣D端電平。當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間的信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖胶螅珼觸發(fā)器4在此后待測(cè)信號(hào)的第一個(gè)上升沿將各計(jì)數(shù)器的GATE端由低置高，各計(jì)數(shù)器同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，實(shí)際采樣時(shí)間開(kāi)始。當(dāng)預(yù)置采樣信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅珼觸發(fā)器4在此后待測(cè)信號(hào)的第一個(gè)上升沿將各計(jì)數(shù)器的GATE端由高置低，各計(jì)數(shù)器同時(shí)停止計(jì)數(shù)，實(shí)際采樣時(shí)間結(jié)束。
(4)當(dāng)記數(shù)停止后，用控制計(jì)算機(jī)分別讀出各計(jì)數(shù)器的值。用STD工控機(jī)作為控制計(jì)算機(jī)，將上述電路做成標(biāo)準(zhǔn)的STD板卡，作為用戶目標(biāo)板插入STD機(jī)籠中。將8254芯片5中三個(gè)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)線D0～D7和地址線A0～A2分別接到STD工控機(jī)的數(shù)據(jù)線和地址線，直接由STD工控機(jī)的CPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)置入、讀出和計(jì)算。
將D觸發(fā)器4的Q端接入STD工控機(jī)的INT9端，在每次采樣結(jié)束后即Q端的下降沿，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。在Q端為低電平期間，CPU分別從8254芯片5的三個(gè)計(jì)數(shù)器中讀出值，并做數(shù)據(jù)處理。
如圖3和圖4所示，主程序在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后完成對(duì)8254芯片的初始化、設(shè)置中斷向量和打開(kāi)中斷允許后，便可進(jìn)行其它工作；當(dāng)CPU收到INT9中斷后發(fā)出中斷響應(yīng)，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，中斷服務(wù)子程序運(yùn)行時(shí)，CPU從8254芯片的三個(gè)計(jì)數(shù)器中讀出計(jì)數(shù)值，計(jì)算出基準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，從而計(jì)算出被測(cè)信號(hào)頻率，然后計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的速率值后，返回主程序。在本次測(cè)量中，待測(cè)信號(hào)的記數(shù)值nx為50，基準(zhǔn)信號(hào)的記數(shù)值ns為5000000，基準(zhǔn)信號(hào)的頻率fs為10MHz，則待測(cè)信號(hào)的頻率fx為fx=nxnsfs=(50/5000000)×10MHz=100Hz]]>按照預(yù)先設(shè)置的待測(cè)信號(hào)與轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速的比例，可計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的速率值為1°/s。
計(jì)算完成后CPU退出中斷服務(wù)子程序，繼續(xù)進(jìn)行其它工作。
實(shí)施例3(1)用感應(yīng)同步器3將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為待測(cè)脈沖信號(hào)，當(dāng)激磁信號(hào)的頻率為2000Hz時(shí)，反饋信號(hào)的頻率為2000±ΔfHz，其中的Δf就是轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速，符號(hào)表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向。按照轉(zhuǎn)動(dòng)速率為0°/s對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)2000Hz的固定對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換。待測(cè)脈沖信號(hào)分成兩路，一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入由74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4的時(shí)鐘端CLK端，另一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入8254芯片5上的計(jì)數(shù)器T0的輸入端CLK0端，如圖2所示。
8254芯片5內(nèi)部有3個(gè)相互獨(dú)立的計(jì)數(shù)器T0、T1、T2，將其設(shè)定為方式2工作，每個(gè)計(jì)數(shù)器可單獨(dú)進(jìn)行16位的計(jì)數(shù)操作。由于基準(zhǔn)信號(hào)的頻率很高，在1s內(nèi)約有107個(gè)脈沖，而16位計(jì)數(shù)器最多可以計(jì)65535個(gè)脈沖，直接使用16位計(jì)數(shù)器對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)會(huì)發(fā)生溢出錯(cuò)誤，將8254芯片5計(jì)數(shù)器T1的輸出端OUT1端接到計(jì)數(shù)器T2的輸入端CLK2端，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器T1每次計(jì)滿回零時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)進(jìn)位脈沖到計(jì)數(shù)器T2的輸入端CLK2端，從而構(gòu)成了一個(gè)32位的計(jì)數(shù)器，其在1s內(nèi)最多可以計(jì)4294967295個(gè)脈沖，可以滿足對(duì)10MHz的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。待測(cè)信號(hào)的個(gè)數(shù)nx用16位的計(jì)數(shù)器T0來(lái)計(jì)數(shù)就可以滿足要求。
(2)用一個(gè)精度為10-8，頻率為10MHz晶振1產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)，基準(zhǔn)信號(hào)分成兩路，一路基準(zhǔn)信號(hào)接入8254芯片5上的計(jì)數(shù)器T1的輸入端CLK1端；另一路基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器2分頻為0.1Hz的預(yù)置采樣時(shí)間周期性方波信號(hào)，接入由74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4的輸入端D端；D觸發(fā)器4的輸出端Q端同時(shí)與計(jì)數(shù)器T0的門控端GATE0端、計(jì)數(shù)器T1的門控端GATE1端、計(jì)數(shù)器T2的門控端GATE2端相連，并接入控制計(jì)算機(jī)的外部中斷接口。
(3)74LS74芯片構(gòu)成的D觸發(fā)器4對(duì)輸入的預(yù)置采樣時(shí)間的信號(hào)及待測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步，D觸發(fā)器4在每個(gè)CLK端的上升沿采樣D端的電平，并使輸出端Q端與D端的電平一致。
如圖1所示。系統(tǒng)開(kāi)始工作后，D觸發(fā)器4在待測(cè)信號(hào)的每個(gè)上升沿采樣D端電平。當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間的信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖胶螅珼觸發(fā)器4在此后待測(cè)信號(hào)的第一個(gè)上升沿將各計(jì)數(shù)器的GATE端由低置高，各計(jì)數(shù)器同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，實(shí)際采樣時(shí)間開(kāi)始。當(dāng)預(yù)置采樣信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅珼觸發(fā)器4在此后待測(cè)信號(hào)的第一個(gè)上升沿將各計(jì)數(shù)器的GATE端由高置低，各計(jì)數(shù)器同時(shí)停止計(jì)數(shù)，實(shí)際采樣時(shí)間結(jié)束。
(4)當(dāng)記數(shù)停止后，用控制計(jì)算機(jī)分別讀出各計(jì)數(shù)器的值。用STD工控機(jī)作為控制計(jì)算機(jī)，將上述電路做成標(biāo)準(zhǔn)的STD板卡，作為用戶目標(biāo)板插入STD機(jī)籠中。將8254芯片5中三個(gè)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)線D0～D7和地址線A0～A2分別接到STD工控機(jī)的數(shù)據(jù)線和地址線，直接由STD工控機(jī)的CPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)置入、讀出和計(jì)算。
將D觸發(fā)器4的Q端接入STD工控機(jī)的INT9端，在每次采樣結(jié)束后即Q端的下降沿，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。在Q端為低電平期間，CPU分別從8254芯片5的三個(gè)計(jì)數(shù)器中讀出值，并做數(shù)據(jù)處理。
如圖3和圖4所示，主程序在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后完成對(duì)8254芯片的初始化、設(shè)置中斷向量和打開(kāi)中斷允許后，便可進(jìn)行其它工作；當(dāng)CPU收到INT9中斷后發(fā)出中斷響應(yīng)，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，中斷服務(wù)子程序運(yùn)行時(shí)，CPU從8254芯片的三個(gè)計(jì)數(shù)器中讀出計(jì)數(shù)值，計(jì)算出基準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，從而計(jì)算出被測(cè)信號(hào)頻率，然后計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的速率值后，返回主程序。在本次測(cè)量中，待測(cè)信號(hào)的記數(shù)值nx為9998，基準(zhǔn)信號(hào)的記數(shù)值ns為50015008，基準(zhǔn)信號(hào)的頻率fs為10MHz，則待測(cè)信號(hào)的頻率fx為fx=nxnsfs=(9998/50015008)×10MHz=1999Hz]]>將此頻率值減去激磁的頻率值2000Hz，可計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)的速率值為-1°/s，為反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
計(jì)算完成后CPU退出中斷服務(wù)子程序，繼續(xù)進(jìn)行其它工作。
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量方法，其特征在于包括下列步驟(1)將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)按轉(zhuǎn)速固定比例轉(zhuǎn)換為待測(cè)脈沖信號(hào)，用一個(gè)晶振產(chǎn)生高頻基準(zhǔn)信號(hào)，將高頻基準(zhǔn)信號(hào)與轉(zhuǎn)臺(tái)的待測(cè)脈沖信號(hào)分別送入各自對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器；(2)當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間開(kāi)始時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器不立即開(kāi)始計(jì)數(shù)，等到待測(cè)脈沖信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；(3)當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間結(jié)束時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器不立即停止記數(shù)，等到待測(cè)脈沖信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才同時(shí)停止計(jì)數(shù)，此時(shí)向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)；(4)當(dāng)記數(shù)停止后，計(jì)算機(jī)分別讀出兩個(gè)計(jì)數(shù)器的值，計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)待測(cè)脈沖信號(hào)的頻率，換算成轉(zhuǎn)臺(tái)速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(1)中用一個(gè)晶振產(chǎn)生高頻基準(zhǔn)信號(hào)是采用精度為10-8、頻率為10MHz晶振產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(2)與步驟(3)中兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)以及同時(shí)停止計(jì)數(shù)，通過(guò)D觸發(fā)器74LS74芯片實(shí)現(xiàn)，將預(yù)置采樣時(shí)間的信號(hào)送入D觸發(fā)器的輸入端，將待測(cè)脈沖信號(hào)送入D觸發(fā)器的時(shí)鐘端，將D觸發(fā)器的輸出端同時(shí)接到所有計(jì)數(shù)器的門控端。
4.轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量裝置，其特征在于晶振(1)產(chǎn)生的高頻基準(zhǔn)信號(hào)分成兩路，一路高頻基準(zhǔn)信號(hào)接入第一計(jì)數(shù)器的輸入端，另一路高頻基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器(2)分頻為預(yù)置采樣時(shí)間的周期性方波信號(hào)接入D觸發(fā)器(4)的輸入端，反饋元件(3)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成待測(cè)脈沖信號(hào)，待測(cè)脈沖信號(hào)分成兩路，一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入D觸發(fā)器(4)的時(shí)鐘端，另一路待測(cè)脈沖信號(hào)接入第二計(jì)數(shù)器的輸入端，D觸發(fā)器(4)的輸出端同時(shí)與所有計(jì)數(shù)器的門控端相連，并與計(jì)算機(jī)相連，當(dāng)D觸發(fā)器(4)的輸出端為負(fù)跳變時(shí)，向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求；在D觸發(fā)器(4)的輸出端為低電平期間，計(jì)算機(jī)分別從所有計(jì)數(shù)器中讀出值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量裝置，其特征在于所述的晶振(1)是精度為10-8、頻率為10MHz晶振。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量裝置，其特征在于所述的第一計(jì)數(shù)器是由兩個(gè)16位計(jì)數(shù)器串聯(lián)而形成的一個(gè)32位的計(jì)數(shù)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量裝置，其特征在于所述的經(jīng)過(guò)分頻得到的周期性方波信號(hào)的頻率為10Hz，或?yàn)?Hz，或?yàn)?.1Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量裝置，其特征在于所述的D觸發(fā)器(4)為74LS74芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量裝置，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)為STD工控機(jī)，將各計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)線和地址線分別接到STD工控機(jī)的數(shù)據(jù)線和地址線，由STD工控機(jī)的CPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)置入、讀出和計(jì)算。
全文摘要
轉(zhuǎn)臺(tái)速率等精度測(cè)量方法與測(cè)量裝置，屬于對(duì)高精度轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)速技術(shù)領(lǐng)域，用一個(gè)晶振產(chǎn)生高頻基準(zhǔn)信號(hào)，將其與轉(zhuǎn)臺(tái)的待測(cè)脈沖信號(hào)分別送入兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間開(kāi)始時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器并不立即開(kāi)始計(jì)數(shù)，而是等到待測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)預(yù)置采樣時(shí)間結(jié)束時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器也并不立即停止記數(shù)，而是等到待測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才同時(shí)停止計(jì)數(shù)，并向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。當(dāng)計(jì)算機(jī)響應(yīng)中斷后，分別讀出兩個(gè)計(jì)數(shù)器的值，計(jì)算出反饋信號(hào)的頻率，從而測(cè)量出轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明能夠確保在整個(gè)測(cè)量的過(guò)程中精度保持一致，即使在轉(zhuǎn)臺(tái)低速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，也能夠精確測(cè)量出轉(zhuǎn)速。
文檔編號(hào)G01P3/481GK101038295SQ200710098918
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者王勝利, 郎嶸, 楊明 申請(qǐng)人:北京航天控制儀器研究所