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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Правила испытаний робомобилей 25.05.2014 Отдел транспортных средств Калифорнии (США) обнародовал свод правил, в соответствии с которыми должны осуществляться испытания автомобилей с системой автопилотирования на дорогах общего пользования. Исследования в области создания робомобилей, способных передвигаться без участия человека, ведут многие компании, в частности Google, Ford, Toyota и Volvo. К примеру, Google уже довольно давно тестирует машины с автопилотом на дорогах общего пользования некоторых американских штатов, а недавно такие транспортные средства благодаря усилиям Volvo появились в шведском городе Гетеборг. Принятые в Калифорнии правила вступят в силу 16 сентября 2014 года. Они содержат требования по регистрации роботизированных транспортных средств, страховке, тестированию и предоставлению информации регуляторам. Компаниям, занимающимся разработкой робомобилей, необходимо будет предоставлять положительные результаты их тестирования в контролируемой обстановке. Водителям, находящимся в салоне таких машин, придется проходить дополнительные курсы обучения, учитывающие особенности и специфику эксплуатации транспортных средств с автопилотом. Во время движения робомобилей по дорогам общего пользования за рулем должен всегда находиться человек, готовый в любой момент взять управление на себя. Страховка должна составлять $5 млн. О любых инцидентах, связанных с автомобилями с автопилотом, их разработчики обязаны в 10-дневный срок сообщать в Отдел транспортных средств Калифорнии. Туда же должна направляться информация о причинах, по которым водитель был вынужден отключить систему автопилотирования.

Другие интересные новости:

▪ Прародина индейцев - Алтай

▪ Турбированная видеокарта GeForce RTX 3070 Ti Turbo

▪ Внешний накопитель Western Digital My Book Duo на 44 ТБ

▪ Роутер Netgear Nighthawk AC1900 (R7000) со скоростью 1900 Мбит/с

▪ Кухонную губку нужно менять еженедельно

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электротехнические материалы. Подборка статей

▪ статья Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Почему в пиве Гиннесс пузырьки движутся не вверх, а вниз? Подробный ответ

▪ статья Грибы. Советы туристу

▪ статья Трехканальная цветомузыкальная приставка с компрессорами. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Появление огромного флага. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026