Авиамодельный тахометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Описываемый в статье тахометр предназначен для измерения частоты вращения воздушного винта авиамоделей, но его можно использовать для контроля работы и других лопастных механизмов - роторов, крыльчаток, обтюраторов. Принцип действия этого прибора основан на измерении частоты прерывания лопастями воздушного винта модулированного потока инфракрасного излучения, создаваемого тахометром и падающего на его фото-чувствительный элемент.

По сравнению с тахометрами аналогичного назначения [1-3], схожими с описываемым по принципу действия, предлагаемый прибор более помехоустойчив. Им можно измерять частоту вращения воздушных винтов, содержащих две, три и четыре лопасти. Тахометр оснащен стрелочным индикатором частоты вращения, что обеспечивает не только количественную, но и качественную информацию о динамике изменения контролируемого параметра [4].

Прибор имеет два предела измерений частоты вращения воздушного винта: до 3000 об/мин и до 30000 об/мин. Погрешность измерения - не более ±2,5 %. Имеется кварцевый калибратор, что повышает точность измерения и позволяет оперативно контролировать работоспособность прибора. Тахометр выполнен на доступной элементной базе и прост в налаживании.

Функциональная схема прибора изображена на рис. 1. Кварцевый генератор вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов, следующих с частотой 100 кГц. С выхода генератора эти импульсы поступают на делители частоты на 20000 и на 2000, формирующие импульсы, следующие с частотой 50 и 500 Гц соответственно. Эти импульсы предназначены для калибровки тахометра перед проведением измерения. Частота 50 Гц соответствует частоте вращения воздушного винта 3000 об/мин (максимальной на первом пределе измерения), а частотой 500 Гц - 30000 об/мин (максимальной на втором пределе измерения). Переключателем SA1 выбирают предел измерения, а переключателем SA2 - режим работы прибора (калибровку или проведение измерений).

Рис. 1. Функциональная схема тахометра

В режиме калибровки прибора импульсы частотой 50 или 500 Гц поступают через переключатели SA1.1 и SA2.1 на один из входов логического элемента И, на второй вход которого поданы импульсы частотой 100 кГц с выхода кварцевого генератора. На выходе логического элемента формируется последовательность следующих с частотой 50 или 500 Гц пачек импульсов частотой 100 кГц. Эта последовательность поступает на сигнальный вход ИК-передатчика, работу которого разрешают нажатием и удержанием кнопки SB1. Триггер в цепи кнопки устраняет дребезг ее контактов.

Достигнув ИК-приемника, удаленного от передатчика на некоторое расстояние и расположенного с ним на одной оптической оси, ИК-излучение вновь преобразуется в электрический импульсный сигнал. Его усиливает и отфильтровывает от помех полосовой усилитель. Усиленный сигнал детектируется по амплитуде и превращается в последовательность импульсов, следующих с частотой повторения пачек ИК-излучения. После усиления и формирования триггером Шмитта эти импульсы становятся прямоугольными с крутыми перепадами.

В режиме калибровки импульсы с выхода триггера Шмитта запускают одновибратор, нормирующий их длительность, которую, в зависимости от выбранного предела измерения, изменяет переключатель SA1.2. Постоянную составляющую выходного напряжения одновибратора, прямо пропорциональную частоте, измеряет вольтметр из микроамперметра PA1 и добавочных резисторов R_доб1 и R_доб2, выбираемых переключателем SA1.3. Эти резисторы - подстроечные, с их помощью в режиме калибровки устанавливают стрелку микроамперметра PA1 на последнее деление шкалы на каждом пределе измерения.

При переводе переключателя SA2 в положение "Измер." на вход клапана (логического элемента И) вместо калибровочных импульсов поступает постоянный уровень логической единицы, в результате чего последовательность излучаемых ИК-импульсов частотой 100 кГц становится непрерывной. ИК-излучение на пути от передатчика к приемнику периодически прерывают лопасти вращающегося воздушного винта авиамодели, введенного в зазор между передатчиком и приемником. Поэтому частота импульсов на выходе триггера Шмитта равна произведению частоты вращения воздушного винта на число его лопастей. Их может быть две, три или четыре. Для учета этого фактора в тракт сигнала между триггером Шмитта и одновибратором включают с помощью переключателей SA3 и SA2.2 делитель частоты следования импульсов на два, три или четыре.

Принципиальная схема тахометра приведена на рис. 2. Генератор импульсов частотой 100 кГц состоит из логических элементов DD1.1, DD1.2, резистора R4 и кварцевого резонатора ZQ1. Логический элемент DD1.3 - буферный. Делители частоты построены на двоичных счетчиках DD2, DD7 и логических элементах DD1.4, DD4.1-DD4.3, DD6.1. Импульсы частотой 50 Гц снимают с вывода 15 счетчика DD7, а импульсы частотой 500 Гц - с вывода 13 счетчика DD2.

Рис. 2. Принципиальная схема тахометра

Элементы DD8.1, DD8.2 выполняют логическую функцию И. Триггер, формирующий разрешающий работу передатчика сигнал, состоит из логических элементов DD8.3, DD8.4. Логические элементы DD6.2-DD6.4, соединенные параллельно, и транзистор VT4 образуют усилитель импульсов, питающих ИК излучающий диод VD4.

ИК-приемник состоит из фотодиода VD1 и истокового повторителя на транзисторе VT1. Полосовой усилитель построен на ОУ DA1 и транзисторе VT2. Цепь R7R8C5 задает постоянное смещение на неинвертирующем входе ОУ, а резистор R10 - его ток управления. Цепь отрицательной обратной связи усилителя образована резистором R12 и разделительным конденсатором C4. Конденсатор C6 служит для частотной коррекции ОУ. Транзистор VT2 - эмиттерный повторитель, повышающий нагрузочную способность ОУ DA1.

В изготовленном автором тахометре коэффициент усиления полосового усилителя по напряжению на частоте 100 кГц равен 400. Граничные частоты полосы пропускания по уровню -3 дБ - 75 и 135 кГц. От образца к образцу прибора значения этих параметров могут отличаться от приведенных на 15...20 %, что не оказывает существенного влияния на работу прибора. Однако частота максимального усиления должна находиться в пределах 100±5кГц. При необходимости ее корректируют подборкой резисторов R10, R12 и конденсаторов C4, C6. Обычно бывает достаточно подобрать резистор R10.

Амплитудный детектор собран на диодах VD2 и VD3, а усилитель проде-тектированных импульсов - на ОУ DA3. Цепь R16R24C10 обеспечивает необходимое постоянное смещение на неинвертирующем входе ОУ. Резистор R31 задает его ток управления. Конденсатор C12 - разделительный. Цепь отрицательной обратной связи усилителя образована резисторами R27, R33 и конденсаторами C16, C18. Коэффициент усиления по напряжению в середине полосы пропускания равен 5. Конденсаторы C12, C16 формируют частотную характеристикуусилителя в низкочастотной области (частота среза 1...2 Гц), а конденсатор C18 - в верхнечастотной (частота среза 8 кГц). Входное сопротивление усилителя задано резистором R22.

Триггер Шмитта состоит из логических элементов DD3.1, DD3.2 и задающих пороги его переключения резисторов R3, R5. Сдвоенный двоичный счетчик DD5 и логические элементы DD3.3, DD3.4 образуют делители частоты на два, три и четыре.

Одновибратор выполнен на интегральном таймере DA2, времязадающие элементы которого - конденсатор C13 и переключаемые при изменении предела измерения резисторы R25 и R26. Конденсатор C15 - фильтрующий. Электронный ключ на транзисторе VT3 и дифференцирующая цепь R21C8 формируют короткие импульсы запуска одновибратора в моменты нарастающих перепадов импульсов на входе электронного ключа.

Резисторы R29, R30, R34, R35 образуют добавочные сопротивления для микроамперметра PA1. Конденсатор C17 уменьшает дрожание стрелки микроамперметра на нижнем пределе измерения. Контакты кнопки SB1.2 шунтируют микроамперметр PA1, когда кнопка не нажата, и считывать показания прибора не требуется. Это устраняет опасные для микроамперметра резкие колебания его стрелки в моменты включения и выключения тахометра, переключения пределов измерения и режимов работы.

Прибор питают от источника стабилизированного напряжения +9 В с максимальным выходным током не менее 0,5 А. Конденсаторы C2, C3, C9, C14 - фильтрующие в цепи питания.

Детали тахометра смонтированы навесным способом на макетной плате. Излучающий диод VD4 и фотодиод VD1 расположены вне платы на расстоянии 150...200 мм один от другого, образуя промежуток, который при измерении частоты вращения пересекают лопасти вращающегося воздушного винта.

В приборе применены оксидные конденсаторы К50-35, вместо них можно использовать другие аналогичные. Керамические конденсаторы - К10-17, вместо них подойдут КМ-6 или импортные. Времязадающий конденсатор C13 - K73-17, он может быть заменен конденсатором K73-9, K73-24 или другим пленочным. Постоянные резисторы - С2-33. Подстроечные резисторы - СП2-2а или другие подобные. В приборе применены галетные переключатели ПГК и сдвоенная кнопка КМ2-1, вместо которых можно использовать другие аналогичные. Микроамперметр - М906 или другой с током полного отклонения стрелки 100 мкА.

Диоды КД522Б можно заменить диодами этой же серии или, например, серий КД503, КД521. Вместо ИК-излучающего диода АЛ129А подойдут диоды такого же назначения серий АЛ107, АЛ118 или импортные. Фотодиод ФД-256 можно заменить фотодиодами ФД-21КП, ФД-25К, ФД-26К. Замена полевого транзистора КП307Г - транзисторы той же серии с другим индексом или серии КП303, транзисторов КТ315Б - другие маломощные кремниевые структуры n-p-n. Вместо транзистора КТ973А допустимо применить КТ973Б.

При замене ОУ КР1407УД3 и КР140УД1208 на соответственно 1407УД3 и 140УД12 следует учитывать их различия в типе корпуса и назначении выводов. Микросхемы серии К561 могут быть заменены микросхемами серии 564 или импортными аналогами, а микросхема КР1006ВИ1 - импортной серии 555.

Налаживание функциональных узлов тахометра особенностей не имеет и производится по известным методикам. Совмещение оптических осей излучающего диода VD4 и фотодиода VD1 контролируют по максимуму амплитуды сигнала частотой 100 кГц на выходе полосового усилителя (эмиттере транзистора VT2) при нажатой кнопке SB1. Стрелку микроамперметра PA1 устанавливают на последнее деление шкалы при калибровке прибора на пределах измерений 3000 и 30000 об/мин соответственно подстроечными резисторами R35 и R34.

При измерении частоты вращения воздушного винта, лопасти которого изготовлены из материала, слабо поглощающего ИК-излучение, нормальной работы тахометра добиваются уменьшением его чувствительности к ИК-излучению. Для этого подстроечным резистором R6 уменьшают амплитуду сигнала на входе полосового усилителя.

Литература

1. Миль Г. Электронное дистанционное управление моделями. - М.: ДОСААФ, 1980.
2. Евстратов В. Винт на контроле. - Моделист-конструктор, 1992, № 11, с. 6, 7.
3. Оптический тахометр. - URL:  radiokot.ru/circuit/digital/measure/03.
4. Межлумян А. Цифровая или аналоговая? - Радио, 1986, № 7, с. 25, 26.

Автор: О. Ильин

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива На Энцеладе найдены все химические ингредиенты жизни 25.12.2022 В океане спутника Сатурна был обнаружен фосфор, ключевой компонент молекул ДНК и РНК. Теперь известно, что на Энцеладе есть все базовые элементы, входящие в состав биомолекул - все, необходимое для появления жизни. Энцелад - один из крупных спутников Сатурна. Его поверхность покрывает толстый слой льда, из разломов которого время от времени выбиваются гейзеры, указывающие, что там, на глубине, достаточно большой океан жидкой воды. Это делает Энцелад одним из самых многообещающих мест для поиска внеземной жизни. Такую возможность указывает и анализ его воды. В ней появляются и метан, и более сложные органические молекулы. За годы исследований в гейзерах Энцелада были найдены соединения водорода и кислорода, углерода, азота и серы - практически всех ингредиентов, входящих в состав биомолекул. А недавно к этому списку добавился и последний элемент, фосфор, служащий ключевым компонентом нуклеиновых кислот. Об этом сообщил Ясухито Секине (Yasuhito Sekine), выступивший на прошедшей недавно в Чикаго встрече Американского геофизического общества (AGU). Секине и его коллеги из Токийского технологического института использовали данные зонда Кассини. Работая в системе Сатурна, аппарат собрал информацию о химическом составе не только планеты и спутников, но и ее блестящих колец. В этом случае ученых интересовали вещества кольца Е, куда попадает вещество, выброшенное гейзерами Энцелада. Среди них оказались частицы, исключительно богатые фосфатом натрия. Судя по их количеству, подледный океан на спутнике может содержать это вещество в концентрации от одного до 20 миллимолов, что на порядки больше, чем в океанах Земли, где фосфор - элемент крайне дефицитный и востребованный. Авторы работы предполагают, что на Энцеладе он попадает в воду со дна, при растворении в ней апатитов, которые в изобилии встречаются в составе некоторых метеоритов, а значит - были и в ранней Солнечной системе, когда формировался спутник. Находка делает Энцелад еще более увлекательным и многообещающим местом с точки зрения поиска следов внеземной жизни. Возможно, это ускорит работу над такими проектами, включая миссию ESA, пока запланированную к запуску только после 2035 года.

Другие интересные новости:

▪ Видеокапсула с дистанционным управлением как альтернатива эндоскопу

▪ Частицы темной материи могут быть сверхлегкими

▪ Smart Glasses от Lenovo

▪ Ультрабук от ASUS

▪ 100-ядерный процессор EZchip TILE-Mx100

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство видео. Подборка статей

▪ статья Видеосъемка с имитацией под кино. Искусство видео

▪ статья Как получил свое название мексиканский вулкан Парикутин? Подробный ответ

▪ статья Обморок. Медицинская помощь

▪ статья Прибор для определения эмоционального состояния. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вращение изменяет форму. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025