FR2509069A1 - ELECTRONIC DEVICE FOR MONITORING THE ROTATION SPEED OF ROTATING BODIES - Google Patents
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Abstract
LE DISPOSITIF DE SURVEILLANCE ELECTRONIQUE D'UNE VITESSE DE ROTATION EST CONSTITUE PAR UN ELEMENT 5 MUNI DE REPERES ET FIXE AU CORPS TOURNANT 1, UN ETAGE D'EXPLORATION, PAR EXEMPLE UN COUPLEUR OPTIQUE 6, UN CIRCUIT DE FORMATION D'IMPULSIONS 7, UN GENERATEUR A ONDES PROGRESSIVES 8, UN COMPARATEUR 10, UN CIRCUIT DE COUPURE 12, UN COMMUTATEUR DE FREQUENCE 13, UN GENERATEUR TACHYMETRIQUE 14, UN COMMUTATEUR DE VITESSE DE ROTATION 15, UN CIRCUIT OU 16 ET UN CIRCUIT ET 17. LES SIGNAUX DE SORTIE DU COMMUTATEUR DE FREQUENCE 13 ET DU COMMUTATEUR DE VITESSE DE ROTATION 15 SONT COMBINES, DE FACON LOGIQUE, DANS LE CIRCUIT OU 16 TANDIS QUE LES SIGNAUX DE SORTIE DU COMPARATEUR 10 ET DU CIRCUIT OU 16 SONT COMBINES, DE FACON LOGIQUE, DANS LE CIRCUIT ET 17.THE ELECTRONIC ROTATION SPEED MONITORING DEVICE CONSISTS OF AN ELEMENT 5 EQUIPPED WITH MARKS AND FIXED TO THE ROTATING BODY 1, AN EXPLORATION STAGE, FOR EXAMPLE AN OPTICAL COUPLER 6, A PULSE TRAINING CIRCUIT 7, A PROGRESSIVE WAVE GENERATOR 8, A COMPARATOR 10, A CUT-OFF CIRCUIT 12, A FREQUENCY SWITCH 13, A TACHOMETRIC GENERATOR 14, A ROTATION SPEED SWITCH 15, A CIRCUIT OR 16 AND A CIRCUIT AND 17. THE OUTPUT SIGNALS OF THE FREQUENCY SWITCH 13 AND ROTATION SPEED SWITCH 15 ARE LOGICALLY COMBINED IN CIRCUIT OR 16 WHILE THE OUTPUT SIGNALS OF COMPARATOR 10 AND CIRCUIT OR 16 ARE LOGICALLY COMBINED IN CIRCUIT AND 17 .
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif électronique pour laThe present invention relates to an electronic device for
surveillance de la vitesse de rotation speed monitoring
de corps tournants, notamment de rotors de centrifugeuses. rotating bodies, in particular centrifuge rotors.
Il est nécessaire de protéger contre des survites- It is necessary to protect against survives-
ses tous les corps tournants qui sont entraînés jusqu'à its all the rotating bodies which are driven up
la limite de leur désintégration mécanique comme par exem- the limit of their mechanical disintegration as for example-
ple les rotors d'ultracentrifugeuses ou également des éléments d'entraînement tournants afin d'éviter que les ple the rotors of ultracentrifuges or also rotating drive elements in order to prevent the
éléments qu'ils entraînent soient détériorés. elements they cause are deteriorated.
Il est connu de monter sur des centrifugeuses des It is known to mount centrifuges on
rotors de grandeurs différentes et prévues pour des vites- rotors of different sizes and designed for speed-
ses de rotation également différentes afin de pouvoir its also different rotation so you can
adapter les centrifugeuses à des utilisations spécifiques. adapt the centrifuges to specific uses.
Chaque rotor est conçu pour une vitesse de rotation maximale Each rotor is designed for maximum rotation speed
et doit être protégé contre des survitesses et des dété- and must be protected against overspeed and dete
riorations pouvant être provoquées par ces dernières Pour obtenir une grandeur mesurable et fonction de la vitesse de rotation, il est connu de monter sur le fond des rotors un disque divisé en secteurs et de l'explorer au moyen de capteurs appropriés qui créent un signal électrique dont riorations that can be caused by the latter To obtain a measurable quantity and a function of the speed of rotation, it is known to mount on the bottom of the rotors a disc divided into sectors and to explore it by means of suitable sensors which create an electrical signal whose
la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation. the frequency is proportional to the speed of rotation.
Conformément à la demande de brevet DE 2 415 934 ce signal est appliqué simultanément à un circuit de retard et à un multivibrateur monostable à remise à zéro après formation des impulsions dont la durée est de 3 ms Les sorties de ces deux circuits sont reliées aux entrées d'une porte à fonction NON-ET, dite porte NAND, et dont la sortie forme les entrées pour un étage mélangeur et un circuit test de fiabilité du signal Les sorties de ces étages sont reliées aux entrées d'un circuit de coupure du montage commandant l'entraînement du moteur La sortie du circuit test de la fiabilité du signal est reliée, en outre, de In accordance with patent application DE 2 415 934, this signal is applied simultaneously to a delay circuit and to a monostable multivibrator with reset to zero after formation of the pulses whose duration is 3 ms. The outputs of these two circuits are connected to the inputs a NAND function door, called a NAND door, the output of which forms the inputs for a mixer stage and a signal reliability test circuit The outputs of these stages are connected to the inputs of a circuit for breaking the assembly controlling the motor drive The output of the signal reliability test circuit is also connected
façon logique, à l'entrée de remise à zéro du multivibrateur. logically, at the multivibrator reset input.
L'étage mélangeur comporte une deuxième entrée pour le The mixer stage has a second input for the
raccordement d'un oscillateur de stabilité élevée La sor- connection of a high stability oscillator The output
tie de l'étage mélangeur est reliée à un filtre passe-bas de fréquence prédéterminée Le circuit test de la fiabilité du signal est composé d'un intégrateur et d'un circuit tie of the mixer stage is connected to a low-pass filter of predetermined frequency The signal reliability test circuit is composed of an integrator and a circuit
à valeur de seuil.at threshold value.
Ce montage connu délivre un ordre d'arrêt dans les deux cas suivants: 1 Le rotor atteint sa vitesse de rotation maximale admissible. 2 La largeur de l'impulsion est inférieure à 3 ms et le nombre des impulsions est trop faible pour que le This known arrangement issues a stop order in the following two cases: 1 The rotor reaches its maximum admissible speed of rotation. 2 The pulse width is less than 3 ms and the number of pulses is too small for the
circuit à valeur de seuil réponde. threshold value circuit responds.
Le deuxième cas se produit lors d'une défaillance des moyens d'exploration et du circuit de formation des impulsions, lors d'une coupure dans des liaisons de ces The second case occurs during a failure of the exploration means and of the pulse formation circuit, during a break in the links of these
étages et lors de l'absence du disque d'exploration. floors and during the absence of the exploration disc.
Le dispositif décrit ci-dessus est compliqué et nécessite un nombre élevé de composants électroniques notamment en raison de la présence du circuit d'oscillation d'une stabilité de-fréquénce élevée, du filtre passe-bas à inductances de tolérances étroites et de deux circuits The device described above is complicated and requires a high number of electronic components, in particular due to the presence of the oscillation circuit of high frequency-stability, the low-pass filter with narrow tolerance inductances and two circuits.
pour assurer la protection du dispositif de surveillance. to protect the surveillance device.
Le circuit à parcourir par les signaux sous forme d'impul- The circuit to be traversed by the signals in the form of pulse
sions est, en outre, relativement long et peut créer le sions is also relatively long and can create the
risque d'un arrêt erroné par suite d'une réception d'im- risk of an incorrect stop following receipt of an
pulsions parasites.parasitic impulses.
La présente invention a pour objet de réduire le nombre de composants et le prix de revient des dispositifs de surveillance de vitesse de rotation tout en les mettant à l'abri d'impulsions parasites en créant un dispositif électronique pour la surveillance des vitesses de rotation de rotors destinés à des ultracentrifugeuses et qui est réalisé à partir de composants et de circuits électroniques standards, ne nécessitant pas la présence d'inductances The object of the present invention is to reduce the number of components and the cost price of the speed monitoring devices while protecting them from parasitic pulses by creating an electronic device for monitoring the speed of rotation. rotors intended for ultracentrifuges and which is produced from standard electronic components and circuits, not requiring the presence of inductors
et qui est protégé de perturbations créées par des compo- and which is protected from disturbances created by components
sants ou des liaisons défectueuses. health or faulty connections.
Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus confor- The above problems are solved in accordance with
mément à l'invention par un dispositif de surveillance qui comporte les éléments connus suivants: Un élément fixé au corps tournant et de répères caractérisant la vitesse de rotation maximale de ce corps, un étage pour l'exploration des repères créant un signal électrique, un circuit de formation d'impulsionspour les signaux électriques, un circuit comparateur, une source de signal de référence et un circuit de coupure Tous ces éléments, à l'exception de la source de signal de référence sont reliés, les uns aux autres et de façon mement to the invention by a monitoring device which comprises the following known elements: An element fixed to the rotating body and markers characterizing the maximum speed of rotation of this body, a stage for exploring the benchmarks creating an electrical signal, a pulse-forming circuit for electrical signals, a comparator circuit, a reference signal source and a cut-off circuit All of these elements, except the reference signal source, are connected to each other and so
logique, dans l'ordre de leur énumération. logical, in the order of their enumeration.
Les caractéristiques de l'objet de l'invention The characteristics of the subject of the invention
sont les suivantes.are the following.
Le circuit de comparaison est constitué par un comparateur Un générateur à ondes progressives et un intégrateur sont branchés entre le circuit de formation d'impulsions et le comparateur Une deuxième sortie du circuit de formation d'impulsions est reliée à l'entrée d'un commutateur de fréquence dont la sortie mène vers The comparison circuit consists of a comparator A traveling wave generator and an integrator are connected between the pulse formation circuit and the comparator A second output of the pulse formation circuit is connected to the input of a switch frequency whose output leads to
la première entrée d'un circuit OU Un générateur tachy- the first input of a circuit OR A tachy generator
métrique est relié mécaniquement à l'arbre du moteur et électriquement à un commutateur pour la vitesse de rotation dont la sortie est raccordée à la deuxième entrée du circuit OU La sortie du circuit OU est reliée à la deuxième entrée d'un circuit ET dont la première entrée est reliée à la sortie du comparateur La sortie du circuit ET est reliée au circuit de coupure La vitesse de rotation pouvant être sélectionnée au moyen du commutateur prévu metric is mechanically connected to the motor shaft and electrically to a speed switch, the output of which is connected to the second OR circuit input The output of the OR circuit is connected to the second input of an AND circuit first input is connected to the comparator output The output of the AND circuit is connected to the cut-off circuit The speed of rotation can be selected by means of the switch provided
à cet effet est située entre la vitesse de rotation cor- for this purpose is located between the rotational speed cor-
respondant à la fréquence de commutation du commutateur de fréquence et la-vitesse de rotation déterminée par corresponding to the switching frequency of the frequency switch and the rotation speed determined by
le comparateur.the comparator.
Diverses autres caractéristiques de l'invention Various other features of the invention
ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. moreover emerge from the detailed description which follows.
Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux An embodiment of the object of the invention is shown, by way of non-limiting example, to
dessins annexés.attached drawings.
La fig 1 est un schéma par blocs du dispositif Fig 1 is a block diagram of the device
suivant l'invention.according to the invention.
La fig 2 montre sous forme de diagrammes le rapport entre le signal et la vitesse de rotation pour Fig 2 shows in diagram form the relationship between the signal and the speed of rotation for
le dispositif suivant la fig 1.the device according to fig 1.
L'exemple de réalisation choisi concerne un dispositif électronique pour la surveillance de la vitesse de rotation d'ultracentrifugeuses La fig 1 montre uniquement les pièces de la centrifugeuse qui coopèrent avec le dispositif de surveillance électronique, à savoir The embodiment chosen relates to an electronic device for monitoring the speed of rotation of ultracentrifuges. FIG. 1 shows only the parts of the centrifuge which cooperate with the electronic monitoring device, namely
le rotor 1, l'arbre ou l'axe 2 du rotor, le moteur d'en- the rotor 1, the shaft or the axis 2 of the rotor, the drive motor
trainement 3 y compris le mécanisme de transmission, undercarriage 3 including the transmission mechanism,
l'arbre 26 du moteur et le circuit de commande 4 du moteur. the motor shaft 26 and the motor control circuit 4.
Un disque 5 portant, en tant que repères, alternativement des secteurs réfléchissants et non réfléchissants, est fixé sur le fond du rotor 1 Un coupleur optique 6,formant le circuit d'exploration, est disposé audessous du disque réflecteur 5 La sortie du coupleur optique 6 est reliée A disc 5 carrying, as reference marks, alternately reflecting and non-reflecting sectors, is fixed to the bottom of the rotor 1 An optical coupler 6, forming the exploration circuit, is disposed below the reflective disc 5 The output of the optical coupler 6 is connected
à l'entrée d'un circuit de formation d'impulsions 7 compor- at the input of a pulse forming circuit 7 comprising
tant deux sorties 18, 19 La première sortie 18 est reliée, de façon logique, à l'entrée d'un générateur à ondes progressives 8 et la deuxième sortie 19 à l'entrée d'un commutateur de fréquence 13 Un intégrateur 9, dont la sortie est reliée à la deuxième entrée 21 d'un comparateur 10, both two outputs 18, 19 The first output 18 is logically connected to the input of a traveling wave generator 8 and the second output 19 to the input of a frequency switch 13 An integrator 9, of which the output is connected to the second input 21 of a comparator 10,
est raccoÉdé à la sortie du générateur à ondes progres- is raccoEdé at the output of the wave generator progresses-
sives 8 La première entrée 20 est raccordée à une source de tension de référence i 1 La sortie ducommutateur de fréquence 13 est reliée à la première entrée 22 d'un circuit OU 16 Un générateur tachymétrique 14 est couplé mécaniquement avec l'arbre 26 du moteur 3 Ce générateur 14 est relié électriquement à l'entrée d'un commutateur de vitesse de rotation 15 dont la sortie est reliée, de sives 8 The first input 20 is connected to a reference voltage source i 1 The output of the frequency switch 13 is connected to the first input 22 of an OR circuit 16 A tachometer generator 14 is mechanically coupled with the motor shaft 26 3 This generator 14 is electrically connected to the input of a rotational speed switch 15, the output of which is connected,
façon logique, à la deuxième entrée 23 du circuit OU 16. logically, at the second input 23 of the OR circuit 16.
La sortie du circuit OU est reliée à la deuxième entrée d'un circuit ET 17 dont la première entrée 24 est reliée à la sortie-du comparateur 10 La sortie du circuit ET 17 est reliée à l'entrée d'un circuit de coupure 12 dont la sortie est raccordée au circuit de commande 4 du The output of the OR circuit is connected to the second input of an AND circuit 17 the first input 24 of which is connected to the output of the comparator 10 The output of the AND circuit 17 is connected to the input of a breaking circuit 12 whose output is connected to the control circuit 4 of the
moteur 3.motor 3.
Le fonctionnement du dispositif de surveillance The functioning of the monitoring system
électronique est expliqué ci-après en référence au diagram- electronics is explained below with reference to the diagram-
me signal/vitesse de rotation représenté à la fig 2. signal / speed of rotation shown in fig 2.
Lors de l'exploration du disque réflecteur tour- When exploring the reflective disc
nant 5, le coupleur optique 6 crée de façon périodique un signal électrique dont la fréquence est fonction de la vitesse de rotation du rotor 1 Le circuit de formation nant 5, the optical coupler 6 periodically creates an electrical signal whose frequency is a function of the speed of rotation of the rotor 1 The training circuit
d'impulsions 7 donne au signal électrique une forme rectan- of pulses 7 gives the electrical signal a rectangular form
gulaire Une tension continue,qui est proportionnelle à gular A DC voltage, which is proportional to
la fréquence du train d'impulsions,est créée dans le com- the frequency of the pulse train, is created in the com-
mutateur de fréquence 13 Cette tension continue est ap- frequency converter 13 This DC voltage is ap-
pliquée à un commutateur à valeur de seuil dont le niveau de sortie u, ne peut fournir que deux valeurs, à savoir un niveau L ou un niveau H en fonction des états logiques 0 et 1 (logique positive) Lorsque le rotor 1 atteint une vitesse de rotation N 1, par exemple 4 000 t/mn, la tension créée devient supérieure à la valeur de seuil et le niveau applied to a threshold value switch whose output level u can only provide two values, namely a level L or a level H depending on logic states 0 and 1 (positive logic) When rotor 1 reaches a speed rotation N 1, for example 4,000 rpm, the voltage created becomes higher than the threshold value and the level
de sortie'u saute de L à H De ce fait le niveau à l'en- exit jumping from L to H Therefore the level at the
trée 22 du circuit OU 16 passe également de L à H Le générateur tachymétrique 14 crée une tension électrique périodique dont l'amplitude et la fréquence sont également input 22 of the OR circuit 16 also goes from L to H The tachometer generator 14 creates a periodic electric voltage whose amplitude and frequency are also
proportionnelles à la vitesse de rotation du rotor 1, cepen- proportional to the speed of rotation of rotor 1, however
dant la fréquence présente un facteur de proportion qui the frequency has a proportion factor which
est différent de celui de la fréquence des impulsions. is different from that of the pulse frequency.
Cette tension est redressée par le commutateur de vitesse de rotation 15 et appliquée à un amplificateur différentiel Lorsque le rotor 1 tourne à une vitesse N 2 de, par exemple 000 t/mn,le niveau de sortie de sortie u 2 du commutateur de vitesse de rotation 15 saute de H vers L et de ce fait le niveau à l'entrée 23 du circuit OU 16 change également de H à L En raison de la présence d'un niveau H à la première entrée 22 du circuit OU 16, le niveau u 3 à la sortie de ce circuit ne change pas et reste H Ceci ne serait pas le cas si le niveau de sortie u du commutateur de fréquence 13 conservait le niveau L en raison d'une This voltage is rectified by the rotation speed switch 15 and applied to a differential amplifier. When the rotor 1 rotates at a speed N 2 of, for example 000 rpm, the output output level u 2 of the speed switch rotation 15 jumps from H to L and therefore the level at input 23 of the circuit OR 16 also changes from H to L Due to the presence of a level H at the first input 22 of the circuit OR 16, the level u 3 at the output of this circuit does not change and remains H This would not be the case if the output level u of the frequency switch 13 kept the level L due to a
absence du signal d'entrée.absence of the input signal.
Dans le générateur à ondesprogressives 8 le signal In the wave generator 8 the signal
de sortie du circuit de formation d'impulsions 7 est con- output of the pulse-forming circuit 7 is con-
verti en impulsions de largeur et de hauteur constantes. vertically in pulses of constant width and height.
Ces impulsions sont intégrées dans l'intégrateur 9 Cette tension d'intégration est appliquée à la deuxième entrée These pulses are integrated into the integrator 9 This integration voltage is applied to the second input
21 du comparateur 10 qui la compare à la tension de réfé- 21 of comparator 10 which compares it to the reference voltage
rence provenant de la source de tension 11 et présente à la première entrée 20 du comparateur 10 Lorsque la vitesse de rotation du rotor 1 dépasse la vitesse de rotation maximale admissible N 3, par exemple 75 000 t/mn, la valeur de la tension d'intégration proportionnelle à la vitesse de rotation devient supérieure-à la valeur de la tension de référence et provoque la commutation du comparateur 10 dont le niveau de sortie u 4 change alors brusquement de H à L De ce fait le niveau de la première entrée 24 du circuit ET 17 dont la deuxième entrée 25 présente normalement un niveau H, change également de H à L Le niveau de sortie u 5 du circuit ET 17 qui était H devient alors L Ce signal logique provoque dans le circuit de coupure 12 un ordre qui, par l'intermédiaire du circuit d'entraînement 4, commande l'interruption de rence from the voltage source 11 and present at the first input 20 of the comparator 10 When the speed of rotation of the rotor 1 exceeds the maximum permissible speed of rotation N 3, for example 75,000 rpm, the value of the voltage d integration proportional to the speed of rotation becomes greater than the value of the reference voltage and causes the comparator 10 to switch, the output level u 4 then suddenly changes from H to L Therefore the level of the first input 24 of the AND circuit 17 whose second input 25 normally has a level H, also changes from H to L The output level u 5 of the AND circuit 17 which was H then becomes L This logic signal causes in the cut-off circuit 12 an order which , via the drive circuit 4, controls the interruption of
l'alimentation en courant du moteur 3 Grâce à la combi- the power supply to the motor 3 Thanks to the combination
naison du signal logique délivré par le commutateur de of the logic signal delivered by the switch
fréquence 13 avec celui provenant du commutateur de vites- frequency 13 with that coming from the speed switch
se de rotation 15 tout arrêt du moteur 3 pour des régimes de rotation intérieurs est empêché Lors de perturbations dans le fonctionnement du dispositif d'exploration (disque rotation 15 any engine stopping 3 for internal rotation regimes is prevented When disturbances in the operation of the exploration device (disc
réflecteur 5, coupleur optique 6 et liaisons avec le cir- reflector 5, optical coupler 6 and connections with the circuit
cuit de formation d'impulsions 7), le niveau de sortie u du commutateur de fréquence 13 reste L et est présent à la première entrée 22 du circuit OU 16 Lorsque le commutateur de vitesse de rotation 15 commute lors de sa vitesse de rotation de commande N 2, un niveau L est également créé à la deuxième entrée 23 du circuit OU 16 Le niveau L ainsi créé à la sortie du circuit OU 16 coupe alors l'alimentation du moteur 3 par l'intermédiaire du circuit pulse formation 7), the output level u of the frequency switch 13 remains L and is present at the first input 22 of the circuit OR 16 When the speed switch 15 switches during its control speed N 2, a level L is also created at the second input 23 of the OR circuit 16 The level L thus created at the output of the OR circuit 16 then cuts the power supply to the motor 3 via the circuit
ET 17.AND 17.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |