ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2001 года по МПК G01P3/68 

Предложение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения скорости транспортных средств, и может быть использовано для работы в органах, предназначенных для организации и контроля движения транспортных потоков, например в работе патрульно-постовой службы Государственной Инспекции Безопасности Дорожного Движения.

Устройства для измерения скорости транспортного средства известны. Обычно в данных устройствах скорость измеряется путем подсчета количества импульсов от датчика, совмещенного механически с дорожным покрытием [1]. Такие устройства включают, как правило, эталонный датчик импульсов, который по мере движения транспортного средства выдает импульсы в счетчик импульсов и через блок управления во второй счетчик импульсов. При этом в блоке вычисления высчитывается среднее значение скорости как частное от деления числа импульсов со счетчика на число импульсов времени, подсчитанных вторым счетчиком с выхода эталонного датчика импульсов. Недостаток данных устройств состоит в том, что точность работы такого устройства зависит от качества сцепления между дорожным полотном и датчиком импульсов и поэтому резко ухудшается с ухудшением дорожного полотна. Известно такое устройство для измерения скорости движения транспортного средства, в котором скорость измеряется с помощью портативного радиолокатора, излучение которого направляется навстречу движущемуся транспортному средству [2]. Скорость определяется по доплеровскому сдвигу частоты. Недостаток известного устройства состоит в низкой точности измерения скорости, ухудшающейся с уменьшением расстояния между измерителем и транспортным средством, а также в наличии "мертвой зоны" на расстояниях от нуля до десятка метров, в пределах которой принципиально невозможно измерение скорости.

Цель настоящего предложения состоит в повышении точности измерения скорости движения транспортного средства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен объектив, в задней фокальной плоскости которого располагаются линейный прибор с зарядовой связью и точечный фотопреобразователь, структура которых ориентирована параллельно полотну дороги и направлена в сторону уходящего транспортного потока под углом Φ (0^o ≅ Φ ≅ 90^o) к осевой линии полотна дороги. Выход линейного прибора с зарядовой связью через усилитель с помощью переключателя присоединяется к первому входу блока вычитания через блок задержки и к второму входу напрямую. Факт наличия транспортного средства в поле зрения объектива фиксируется благодаря точечному фотопреобразователю, на который направлен источник света, размещенный на противоположной стороне полосы движения. При изменении освещенности точечного фотопреобразователя опорный усилитель-формирователь формирует одиночный импульс, запускающий два цикла считывания видеосигнала с линейного прибора с зарядовой связью, синхронизирующий работу двух счетчиков и управляющий переключателем так, что на входы блока вычитания одновременно поступают два видеосигнала, считанные с некоторым интервалом времени τ. Один счетчик считает импульсы, поступающие с генератора тактовых импульсов, до поступления на его вход прекращения счета передней границы фронта импульса разностного сигнала, другой - до поступления на его вход прекращения счета сигнала, сформированного инвертором и дифференцирующей цепью от задней границы фронта импульса разностного сигнала. По окончании счета подсчитанные значения записываются в соответствующие регистры, откуда поступают на входы блока вычислений, рассчитывающего скорость движения автомобиля, значение которой выдается на индикатор.

Измеритель скорости движения транспортного средства содержит источник света 1, линейный прибор с зарядовой связью 2 и точечный фотопреобразователь 3, размещенные в задней фокальной плоскости объектива 4. Оптическая ось Y объектива 4 ориентирована в сторону уходящего транспортного потока и составляет с осевой линией полотна дороги угол Φ ( 0 < Φ < 90^o). Объектив 4 располагается на обочине полотна дороги. Источник света 1 располагается либо на противоположной обочине полотна дороги, либо на противоположной границе полосы движения таким образом, чтобы направление его диаграммы излучения было ориентировано на точечный фотопреобразователь 3. Линейный прибор с зарядовой связью 2 и точечный фотопреобразователь 3 предназначены для преобразования светового потока в электрический сигнал. Эталонный датчик импульсов 5 через датчик импульсов управления 6 соединен с управляющими входами линейного прибора с зарядовой связью 2. Датчик импульсов управления 6 предназначен для обеспечения одного цикла считывания информации с линейного прибора с зарядовой связью 2 и может быть выполнен в виде стандартного генератора сдвиговых импульсов. Выход точечного фотопреобразователя 3 через усилитель-формирователь 7 подключен к первому входу логического элемента ИЛИ 8, входу линии задержки 9 и входу установки в условно нулевое состояние RS-триггера 10. Второй вход RS-триггера 10 присоединен параллельно со вторым входом логического элемента ИЛИ 8 к выходу линии задержки 9. Выход логического элемента ИЛИ 8 подключен к управляющему входу генератора сдвиговых импульсов 6. Выход линейного прибора с зарядовой связью 2 через усилитель 11 подключен к информационному входу переключателя 12, управляющий вход которого соединен с выходом RS-триггера 10. Первый выход переключателя 12 соединен через линию задержки 13 с первым входом блока вычитания 14, второй вход которого подключен ко второму выходу переключателя 12 непосредственно, а выход подсоединен через усилитель-формирователь 15 к входу прекращения счета счетчика импульсов 16 и через инвертор 17 и дифференцирующую цепь 18 к входу прекращения счета счетчика импульсов 19. Счетный вход каждого счетчика 16 и 19 соединен с выходом эталонного датчика импульсов 5, а вход обнуления каждого счетчика 16 и 19 соединен с выходом опорного усилителя-формирователя 7. Выход счетчика 16 соединен с информационным входом регистра 20, а выход счетчика 19 соединен с информационным входом регистра 21. Вход разрешения записи каждого регистра 20 и 21 соединен с выходом дифференцирующей цепи 18. Выход каждого регистра 20 и 21 подключен к соответствующему входу блока вычислений 22, предназначенного для вычисления скорости движения транспортного средства. Выход блока вычислений 22 подключен к входу индикатора 23.

Измеритель скорости движения транспортного средства работает следующим образом.

Проходящий автомобиль прерывает световой поток от источника света 1, направленный на точечный фотопреобразователь 3. Изменение освещенности точечного фотопреобразователя 3 приводит к резкому уменьшению сигнала на его выходе. Опорный усилитель-формирователь 7 в момент резкого уменьшения сигнала формирует одиночный импульс, который, во-первых, через логический элемент ИЛИ 8 запускает один цикл генерирования датчиком импульсов управления 6 импульсов экспонирования и считывания видеосигнала с линейного прибора с зарядовой связью 2; во-вторых, переводит RS-триггер 10 в условно нулевое состояние, который подключает с помощью переключателя 12 выход усилителя 11 линейного прибора с зарядовой связью 2 к входу блока задержки 13; в-третьих, поступает на вход линии задержки 9; в-четвертых, поступает на входы разрешения счета счетчиков 16 и 19, которые начинают считать импульсы, приходящие на их счетные входы от эталонного датчика импульсов 5. Время задержки τ сигнала в линии задержки 9 выбрано постоянным и большим времени одного цикла экспонирования и считывания видеосигнала с линейного прибора с зарядовой связью 2. Время задержки сигнала в блоке задержки 13 также равно τ. Следовательно, через интервал времени τ на выходе линии задержки 9 будет действовать одиночный импульс, который, во-первых, через логический элемент ИЛИ 8 запускает второй цикл считывания информации с линейного прибора с зарядовой связью 2; во-вторых, переводит RS-триггер 10 в условно единичное состояние, переключая тем самым переключатель 12 с входа блока задержки 13 на второй вход блока вычитания 14. Так как время задержки сигналов в блоках 9 и 13 одинаково, на первом и втором входах блока вычитания 14 будут действовать видеосигналы от идентичных ячеек линейного прибора с зарядовой связью 2 для соответственно первого и второго циклов считывания. Если во время первого и второго считывания видеосигнала в поле зрения объектива 4 изменений не происходит, то есть движущееся транспортное средство отсутствует, то на выходе блока вычитания 14 сигнал отсутствует. Если в поле зрения объектива 4 попадает движущееся транспортное средство, то в видеосигнале на выходе блока задержки 13 и втором выходе переключателя 12 будет замешан видеосигнал, соответствующий изображению движущегося транспортного средства. При этом видеосигнал, соответствующий транспортному средству, будет смещен на втором входе блока вычитания 14 по сравнению с первым входом блока вычитания 14 на некоторое время t= k•V• τ, где R - коэффициент пропорциональности, определяемый фокусным расстоянием объектива 4, параметрами линейного прибора с зарядовой связью 2, фиксированным для данного устройства углом Φ между оптической осью Y объектива 4 и осевой линией полотна дороги, а также тактовой частотой датчика импульсов управления 6;
V - скорость движения транспортного средства.

На выходе блока вычитания 14 будет действовать разность входных видеосигналов, представляющая собой двухполярный сигнал. Усилитель-формирователь 15 приводит двухполярный сигнал к сигналу бинарной логики, когда положительный импульс приводится к сигналу логической единицы, а отрицательный сигнал и сигнал, равный нулю - к сигналу логического нуля. Поэтому на выходе усилителя-формирователя 15 будет действовать импульс с длительностью t. Одиночный импульс с выхода усилителя-формирователя 15 поступает на вход прекращения счета счетчика импульсов 16, а через инвертор 17 и дифференцирующую цепь 18 одновременно поступает на вход прекращения счета счетчика 19 и входы разрешения записи регистров 20 и 21. По окончании счета счетчиком 19 в регистр 20 записывается число импульсов, поступивших от эталонного датчика импульсов 5 на счетчик 16 с момента прерывания автомобилем светового потока от источника света 1 до поступления на вход прекращения счета передней границы фронта импульса разностного сигнала, а в регистр 21 - число импульсов, поступивших на счетчик 19, с того же момента до поступления на вход прекращения счета сигнала, сформированного инвертором 17 и дифференцирующей цепью 18 от задней границы фронта импульса разностного сигнала. Блок вычислений 22 ставит в соответствие числу импульсов интервал времени и вычисляет скорость движения автомобиля, значение которой выдается на индикатор 23.

При составлении описания были использованы следующие источники патентной и научно-технической информации:
1. Дикарев В.И., Медведев В.М., Шилим И.Т. Устройство для измерения скорости транспортного средства. Патент РФ N 2003109, кл. G 01 P 3/48, 1993 г.

2. Измеритель скорости движения транспортного средства дистанционный "Барьер 2М" (СФ-100 СЦМ). Техническое описание АПФ 2.248.000.Т01.

Устройство предназначено для дистанционного измерения скорости движения транспортных средств, организации и контроля транспортных потоков. Введение источника света, RS-триггера, объектива, линейного прибора с зарядовой связью, точечного фотопреобразователя, усилителя, переключателя, блока вычитания, усилителя-формирователя, инвертора, дифференцирующей цепи, дополнительного счетчика, второго регистра, блока вычислений, а также опорного усилителя-формирователя, линии задержки и логического элемента ИЛИ обеспечивает повышение точности измерения скорости. 1 ил.

Измеритель скорости движения транспортного средства, содержащий эталонный датчик импульсов, датчик импульсов управления, счетчик импульсов, блок задержки, индикатор скорости, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены источник света, RS-триггер, размещенный на обочине дороги объектив, оптическая ось которого ориентирована в сторону движения транспортного потока, в задней фокальной плоскости которого на одной линии размещены линейный прибор с зарядовой связью и точечный фотопреобразователь, ориентированные параллельно полотну автомобильной дороги, последовательно соединенные усилитель, переключатель, блок вычитания, усилитель-формирователь, инвертор, дифференцирующая цепь, дополнительный счетчик, второй регистр, блок вычислений, а также последовательно соединенные опорный усилитель-формирователь, линия задержки и логический элемент ИЛИ, причем выход эталонного датчика импульсов подключен одновременно к счетному входу каждого счетчика и к синхронизирующему входу датчика импульсов управления, управляющий вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, а выход - с управляющим входом линейного прибора с зарядовой связью, выходом подключенного к входу усилителя, причем второй вход логического элемента ИЛИ соединен с выходом опорного усилителя-формирователя параллельно с входом обнуления каждого счетчика и первым
входом RS-триггера, второй вход которого подключен к выходу линии задержки, а выход соединен с управляющим входом переключателя, второй выход которого соединен с вторым входом блока вычитания через блок задержки, при этом выход усилителя-формирователя соединен с входом прекращения счета основного счетчика, выходом подключенного к входу первого регистра, выход которого соединен с вторым входом блока вычислений, а вход прекращения счета дополнительного счетчика подключен параллельно вторым входам первого и второго регистров к выходу дифференцирующей цепи, причем источник света размещен на другой стороне транспортного потока так, что его диаграмма излучения ориентирована на точечный фотопреобразователь.