转速测量仪表的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种转速测量仪表，包括计数逻辑控制电路、译码电路、信号调理电路、缓冲输出电路、报警电路、定期测试及继电器输出电路、时钟电路、显示电路、模拟输出电路和电源电路，计数逻辑控制电路与前述译码电路、信号调理电路、定期测试及继电器输出电路、及时钟电路连接，译码电路的输出与报警电路、定期测试及继电器输出电路、显示电路以及模拟输出电路连接，时钟电路的输出与计数逻辑控制电路、译码电路、报警电路以及显示电路连接，信号调理电路的输出与计数逻辑控制电路和缓冲输出电路连接。本实用新型采用全硬件设计，利用测周期法测转速，测量准确、响应时间固定、运行稳定可靠，且不存在常规转速表易出现的死机、程序异常问题。
【专利说明】转速测量仪表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测量仪表领域，具体而言涉及一种转速测量仪表。
【背景技术】
[0002]转速是机械运行状态监控的重要技术参数，转速超出正常运行范围将严重影响机械设备的安全运行。目前，采用单片机控制的智能转速表在工业领域得到了广泛的应用，其转速测量多采用频压转换、计数法或测周期法，转速测量精度、响应时间、可靠性取决于硬件体系架构和软件算法，并不能完全适用于对转速测量有严格要求的特殊监控环境。
【发明内容】
[0003]本实用新型目的在于提供一种转速测量仪表，采用全硬件的设计，利用测周期法测量转速，并具有定期测试功能和系统测量准确、响应时间固定、抗干扰能力强、运行稳定可靠、速度快等优点，不存在常规转速表易出现的死机、程序运行异常等问题。
[0004]为达成上述目的，本实用新型提出一种转速测量仪表，包括计数逻辑控制电路、译码电路、信号调理电路、缓冲输出电路、报警电路、定期测试及继电器输出电路、时钟电路、显示电路、模拟输出电路和电源电路，计数逻辑控制电路与前述译码电路、信号调理电路、定期测试及继电器输出电路、以及时钟电路连接，译码电路的输出与报警电路、定期测试及继电器输出电路、显示电路以及模拟输出电路连接，时钟电路的输出与计数逻辑控制电路、译码电路、报警电路以及显示电路连接，信号调理电路的输出与计数逻辑控制电路和缓冲输出电路连接，其中:
[0005]信号调理电路用于对其所接收的两路转速传感器信号进行预处理以提供计数逻辑控制电路所需的转速脉冲信号；
[0006]缓冲输出电路输出调理后的转速脉冲，用于传感器信号检测；
[0007]计数逻辑控制电路用于对转速周期进行计数并生成仪表内其他电路的控制信号;
[0008]译码电路用于将计数逻辑控制电路得到的转速周期计数值转换为转速；
[0009]报警电路用于将译码电路所转换的转速与报警阈值比较，并基于比较结果输出报
警信号；
[0010]定期测试及继电器输出电路用于接收本地或远程开关量信号以切换转速表工作状态，并输出报警信号和仪表工作状态开关量信号；
[0011]时钟电路用于提供计数逻辑控制电路、译码电路、报警电路以及显示电路所需的时钟信号和复位信号，并输出前述定期测试及继电器输出电路进行定期测试所用的参考频率；
[0012]显示电路用于提供本地显示及远程显示所需的数据管扫描信号，从而将转速显示于仪表前面板的数码管，并输出远程数码管显示码的数字量信号；
[0013]模拟输出电路用于将转速转换为电流和电压信号。[0014]进一步，前述计数逻辑控制电路采用信号同步电路对转速脉冲信号进行同步，并使用有限状态机控制转速周期计数及生成仪表内其他电路的控制信号。
[0015]进一步，前述译码电路采用存储芯片进行译码，以计数逻辑控制电路生成的转速周期计数值为存储单元地址，对存储芯片进行寻址，在控制信号的控制下将转速周期计数值转换为转速。
[0016]进一步，前述信号调理电路包括有源滤波电路、信号整形电路和信号隔离切换电路，分别用于对其所接收的转速传感器信号进行预处理，以提供计数逻辑控制电路所需的转速脉冲信号。
[0017]进一步，前述显示电路包括计数器、译码器、三态总线收发器和输出锁存器，其中计数器和译码器控制三态总线收发器和输出锁存器输出转速的数据管扫描信号。
[0018]进一步，前述模拟输出电路采用数字模拟转换器和4?20mA专用芯片以电压开关模式输出与转速成比例的电压和电流信号。
[0019]进一步，前述缓冲输出电路采用单稳态多谐振荡器生成固定幅值与脉宽的转速脉冲。
[0020]由以上本实用新型的技术方案可知，本实用新型的有益效果在于采用全硬件的设计(用软件方法实现转速检测的论证要求极高，且不能实时显示即时转速)，利用测周期法测量转速，除提供常规转速显示、报警指示、模拟量输出等功能外，还提供定期测试、参考频率输入/输出等功能，系统测量准确、响应时间固定、抗干扰能力强、运行稳定可靠且速度快，属硬实时测量系统，而且不存在常规转速表易出现的死机、程序运行异常等问题，适用于对转速测量精度、响应时间、可靠性等指标有严格要求的特殊领域(如核电站)的转速测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型较优实施例的转速测量仪表的模块示意图。
[0022]图2-1，图2-2，图2-3为图1实施例中计数逻辑控制电路的电路原理图。
[0023]图3-1，图3-2为图1实施例中译码电路的电路原理图。
[0024]图4-1，图4-2为图1实施例中信号调理电路的电路原理图。
[0025]图5为图1实施例中报警电路的电路原理图。
[0026]图6为图1实施例中定期及继电器输出电路的电路原理图。
[0027]图7为图1实施例中时钟电路的电路原理图。
[0028]图8-1，图8-2为图1实施例中显示电路的电路原理图。
[0029]图9为图1实施例中模拟输出电路的电路原理图。
[0030]图10为图1实施例中缓冲输出电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0031]为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0032]如图1所示，根据本实用新型的较优实施例，转速测量仪表包括计数逻辑控制电路1、译码电路2、信号调理电路3、报警电路4、定期测试及继电器输出电路5、时钟电路6、显示电路7、模拟输出电路8、缓冲输出电路9和电源电路10。如图1所示，计数逻辑控制电路I与前述译码电路2、信号调理电路3、定期测试及继电器输出电路5、以及时钟电路6连接，译码电路2的输出与报警电路4、定期测试及继电器输出电路5、显示电路7以及模拟输出电路8连接，时钟电路6的输出与计数逻辑控制电路1、译码电路2、报警电路4以及显示电路7连接并提供时钟信号，信号调理电路3的输出与计数逻辑控制电路I和缓冲输出电路9连接。
[0033]计数逻辑控制电路I用于对信号调理电路3输出的转速脉冲RPM信号周期进行计数并生成仪表内其他电路的控制信号。如图2-1，图2-2，图2-3所示，本实施例中，计数逻辑控制电路I包括触发器、逻辑门和计数器。其中:图2-1中触发器U501A、U501B和逻辑门U502C构成信号同步电路，对转速脉冲信号进行同步；图2-2中触发器U505A、U505B和逻辑门 U502A、U502B、U503B、U503E、U503F、U504A、U504B、U504C、U506B、U506C、U506D 组成有限状态机；图2-3所示的计数器(U507、U508和U509)进行转速周期计数。
[0034]译码电路2用于将计数逻辑控制电路I得到的转速周期计数值转换为转速，采用存储芯片进行译码，以计数逻辑控制电路生成的转速周期计数值为存储单元地址，对存储芯片进行寻址，在控制信号的控制下将转速周期计数值转换为转速。如图3-1，图3-2所示，本实施例中，译码电路2包括大容量存储芯片(U300、U305)和锁存器(U301、U302、U304)。在计数逻辑控制电路I产生的控制信号Flash_CE#和LatchNT的控制下，存储芯片使用转速周期计数作为存储单元地址对存储器进行寻址，输出转速周期对应的转速值(存储单元的内容)，并由锁存器对转速值进行锁存。
[0035]如图4-1，图4-2所示，信号调理电路3包括运放U808和比较器U809，用于对其所接收的两路转速传感器信号进行预处理如放大、滤波、整形和隔离，以提供计数逻辑控制电路所需的转速脉冲信号，如图4-1P804为传感器信号接口，运放U808A、U808B和电阻R824、R825、R826、R827、R832、R833、R14、R16、电容C813、C815对转速传感器信号进行放大及滤波处理，图4-2中比较器U809和电阻R835、R829、R831、R838、R839、R841、电容C814构成施密特触发器对传感器信号进行整形。
[0036]参考图5所示，报警电路4包括比较器Ul、U2、U3、U4、U5和触发器U6B，其中五个比较器芯片(U1、U2、U3、U4、U5)组成串行级联比较器对译码电路2输出的转速值和报警阈值进行比较，并基于比较结果输出报警信号，并由触发器锁存U6B报警状态，图5中的报警为低报警，也即译码电路2输出的转速值低于报警阀值时报警。
[0037]参考图6所示，定期测试及继电器输出电路5包括晶体管Q700、Q701和继电器K700、K701，用于接收本地或远程开关量信号以切换转速表工作状态，其中继电器K700和K701组合提供报警信号输出、系统工作状态切换、指示。
[0038]如图7，时钟电路6中计数器U901用于对时钟信号分频以提供仪表内所需的时钟信号，计数器U19和触发器U905A提供延时复位信号，计数器U902、触发器U906B和逻辑门U17A、U17B、U18A、U18B、U21A、U21B、U900A、U900B、U904A、U904B、U904C、U907C、U907D 生成
定期测试及继电器输出电路5所需的定期测试的参考频率信号。
[0039]如图8-1，图8-2所示，显示电路7包括计数器U410、译码器U412、三态总线收发器U413、U414、U415、U416、U417 (如图 8-1 所示)和输出锁存器 U401、U402、U419 (如图 8-2所示)，用于提供本地显示及远程显示所需的数据管扫描信号，从而将转速显示于仪表前面板的数码管，并输出远程数码管显示码的数字量信号，计数器U410和译码器U412控制三态总线收发器和输出锁存器输出转速扫描显示编码。
[0040]如图9所示，模拟输出电路8采用数字模拟转换器(DAC)和4?20mA专用芯片以电压开关模式输出与转速成比例的电压和电流信号，其中U202为12位的DAC芯片(AD7541AKR)，U201为4?20mA电流转换芯片(AD694BR)，AD694BR芯片提供参考电压输出，AD7541AKR芯片采用电压开关模式与AD694BR芯片连接。
[0041]缓冲输出电路9输出调理后的转速脉冲，用于传感器信号检测。如图10所示，本实施例缓冲输出电路包括单稳态多谐振荡器U12A，将转速脉冲转换为幅值和脉宽固定的脉冲信号。
[0042]可见，本实施例的转速测量仪表采用全硬件的设计(用软件方法实现转速检测的论证要求极高，且不能实时显示即时转速)，利用测周期法测量转速，除提供常规转速显示、报警指示、模拟量输出等功能外，还提供定期测试、参考频率输入/输出等功能，系统测量准确、响应时间固定、抗干扰能力强、运行稳定可靠且速度快，属硬实时测量系统，而且不存在常规转速表易出现的死机、程序运行异常等问题，适用于对转速测量精度、响应时间、可靠性等指标有严格要求的特殊领域(如核电站)的转速测量。
[0043]综上所述，本实用新型的显著优点在于:
[0044]1、采用计数器测量转速周期，利用大容量存储器实现转速周期到转速值的译码，并可通过增加时钟频率、计数器位数、存储器容量和位宽提高转速测量精度与范围，无需软件即可实现转速精确测量。
[0045]2、采用全硬件设计，系统测量准确、响应时间固定、抗干扰能力强、运行稳定可靠，不存在常规转速表易出现的死机、程序运行异常等问题。
[0046]3、具有定期测试功能，通过继电器组合提供本地和远程测试控制，可方便的切换仪表工作状态，解锁报警开关量输出。同时，转速测量仪表提供参考频率输出，无需外接仪器即可对转速测量仪表功能、精度进行测试。
[0047]虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【权利要求】
1.一种转速测量仪表，其特征在于，包括计数逻辑控制电路、译码电路、信号调理电路、缓冲输出电路、报警电路、定期测试及继电器输出电路、时钟电路、显示电路、模拟输出电路和电源电路，计数逻辑控制电路与前述译码电路、信号调理电路、定期测试及继电器输出电路、以及时钟电路连接，译码电路的输出与报警电路、定期测试及继电器输出电路、显示电路以及模拟输出电路连接，时钟电路的输出与计数逻辑控制电路、译码电路、报警电路以及显示电路连接，信号调理电路的输出与计数逻辑控制电路和缓冲输出电路连接，其中: 信号调理电路用于对其所接收的两路转速传感器信号进行预处理以提供计数逻辑控制电路所需的转速脉冲信号； 缓冲输出电路输出调理后的转速脉冲，用于传感器信号检测； 计数逻辑控制电路用于对转速周期进行计数并生成仪表内其他电路的控制信号； 译码电路用于将计数逻辑控制电路得到的转速周期计数值转换为转速； 报警电路用于将译码电路所转换的转速与报警阈值比较，并基于比较结果输出报警信号; 定期测试及继电器输出电路用于接收本地或远程开关量信号以切换转速表工作状态，并输出报警信号和仪表工作状态开关量信号； 时钟电路用于提供计数逻辑控制电路、译码电路、报警电路以及显示电路所需的时钟信号和复位信号，并输出前述定期测试及继电器输出电路进行定期测试所用的参考频率；显示电路用于提供本地显示及远程显示所需的数据管扫描信号，从而将转速显示于仪表前面板的数码管，并输出远程数码管显示码的数字量信号； 模拟输出电路用于将转速转换为电流和电压信号。
2.根据权利要求1所述的转速测量仪表，其特征在于，前述计数逻辑控制电路采用信号同步电路对转速脉冲信号进行同步，并使用有限状态机控制转速周期计数及生成仪表内其他电路的控制信号。
3.根据权利要求1所述的转速测量仪表，其特征在于，前述译码电路采用存储芯片进行译码，以计数逻辑控制电路生成的转速周期计数值为存储单元地址，对存储芯片进行寻址，在控制信号的控制下将转速周期计数值转换为转速。
4.根据权利要求1所述的转速测量仪表，其特征在于，前述信号调理电路包括有源滤波电路、信号整形电路和信号隔离切换电路，分别用于对其所接收的转速传感器信号进行预处理，以提供计数逻辑控制电路所需的转速脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的转速测量仪表，其特征在于，前述显示电路包括计数器、译码器、三态总线收发器和输出锁存器，其中计数器和译码器控制三态总线收发器和输出锁存器输出转速的数据管扫描信号。
6.根据权利要求1所述的转速测量仪表，其特征在于，前述模拟输出电路采用数字模拟转换器和4?20mA专用芯片以电压开关模式输出与转速成比例的电压和电流信号。
7.根据权利要求1所述的转速测量仪表，其特征在于，前述缓冲输出电路采用单稳态多谐振荡器生成固定幅值与脉宽的转速脉冲。
【文档编号】G01P3/44GK203519633SQ201320616032
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】刘桂兴, 杜星, 胡乾隆 申请人:江阴众和电力仪表有限公司