Измеритель линейной скорости Российский патент 2021 года по МПК G01P3/00 

Изобретение относится к навигационным измерителям и может быть использовано для определения модуля линейной скорости наземных транспортных средств.

Известны устройства измерения скорости на основе приема спутниковых навигационных сигналов [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. 3-е изд., перераб. М.: Радиотехника, 2005. 688 с.], астронавигационных измерений [http://shturmantof.ru/Bibl/Bibl_1/Astronavigation_yxta/Bib1_1_atronavig_yxta_1.html], на основе инерциальных измерений скорости объекта [Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации: автономные системы / Изд-во "Наука", Глав. ред. физико-математической лит-ры, 1966. 579 с.], на основе использования доплеровского эффекта [http://niiteplopribor.ru/?page_id=3281 и др.

Наиболее близким по механизму реализации к предложенному устройству является корреляционно-экстремальный измеритель скорости [Щербинин В.В. Построение инвариантных корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения летательных аппаратов / В.В. Щербинин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. - 230 с.], содержащий тактовый генератор и блок вычисления.

Недостатками данных устройств являются их сложность, значительные массо-габаритные характеристики и большой объем вычислительных затрат при обработке измерений скорости.

Заявленное устройство направлено на уменьшение аппаратурных и вычислительных затрат при определении модуля текущей линейной скорости наземных транспортных средств.

Поставленная задача возникает при необходимости высокоточного позиционирования наземных транспортных средств.

Технический результат достигается тем, что в устройство введены делитель частоты, два источника оптического излучения, приемник теплового излучения, пороговое устройство, N-разрядный двоичный счетчик, элемент задержки, группа N элементов "И", выход тактового генератора подключен к счетному входу N-разрядного двоичного счетчика и через делитель частоты - к его входу запуска и входам первого и второго источников оптического излучения, расположенных по обе стороны приемника теплового излучения на равном расстоянии от него, при этом выходы первого и второго источников оптического излучения оптически связаны с поверхностью дороги, с которой с помощью теплового излучения также связан вход приемника теплового излучения, выход которого подключен ко входу порогового устройства, выход которого подключен ко входу останова N-разрядного двоичного счетчика и через элемент задержки - к его входу сброса и первым входам группы N элементов "И", вторые входы которых соединены с одноименными выходами N-разрядного двоичного счетчика, а выходы группы N элементов "И" и выход переполнения N-разрядного двоичного счетчика подключены к соответствующим входам блока вычисления, выход которого является выходом устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема измерителя модуля линейной скорости, где обозначены:

- тактовый генератор 1,

- делитель частоты 2,

- два источника оптического излучения 3₁, 3₂,

- приемник теплового излучения 4,

- пороговое устройство 5,

- N-разрядный двоичный счетчик 6,

- элемент задержки 7,

- группа N элементов "И" 8₁, 8₂, …, 8_n,

- блок вычисления 9.

Измеритель модуля линейной скорости размещается на корпусе транспортного средства (ТС). Выход тактового генератора 1 подключен к счетному входу 6₁ N-разрядного двоичного счетчика 6 и через делитель частоты 2 - ко входу запуска 6₂ двоичного счетчика 6 и входам обоих источников оптического излучения 3₁, 3₂, расположенных по обе стороны приемника теплового излучения 4 на равном расстоянии S от него. Выходы источников оптического излучения 3₁, 3₂, которые могут быть выполнены, например, в виде инфракрасных лазеров, оптически связаны с поверхностью дороги. Также с поверхностью дороги с помощью теплового излучения связан вход приемника теплового излучения 4, выход которого подключен ко входу порогового устройства 5. Выход порогового устройства 5 подключен ко входу останова 6₃ двоичного счетчика 6 и через элемент задержки 7 - ко входу сброса 6₄ двоичного счетчика 6 и к первым входам группы N элементов "И" 8₁, 8₂, …, 8_n. Вторые входы группы N элементов "И" 8₁, 8₂, …, 8_n соединены с одноименными выходами N-разрядного двоичного счетчика 6, а выходы элементов "И" 8₁, 8₂, …, 8_n и выход переполнения 6₅ двоичного счетчика 6 подключены к соответствующим входам блока вычисления 9, выход которого является выходом устройства.

При движении ТС в направлении, показанном на фиг.1, измеритель линейной скорости работает следующим образом. Тактовые импульсы с выхода тактового генератора 1 поступают на счетный вход 6₁ N-разрядного двоичного счетчика 6 и на вход делителя частоты 2 с коэффициентом деления 2^N. С выхода делителя частоты 2 импульсы поступают на вход запуска 6₂ двоичного счетчика 6 и на входы источников оптического излучения 3₁, 3₂, на выходах которых формируются импульсные оптические потоки, осуществляющие нагрев поверхности дороги в области их воздействия. При движении ТС со скоростью V в направлении, показанном на фиг.1, через время Т приемник теплового излучения 4, расположенный на расстоянии S от первого источника оптического излучения 31, окажется над нагретой областью поверхности дороги: . В результате на приемник теплового излучения 4 воздействует тепловой поток, порождающий на его выходе импульс, поступающий далее на вход порогового устройства 5. Пороговое устройство 5 обеспечивает формирование импульсного сигнала на входе останова 6₃ двоичного счетчика 6 только при наличии импульса на выходе приемника теплового излучения 4 - т.е. при резком превышении общего теплового фона поверхности дороги. Импульс, поступающий с выхода порогового устройства 5 на вход останова 6₃ двоичного счетчика 6, производит его останов. В течение времени Т (от момента запуска двоичного счетчика 6 до момента его останова) в двоичном счетчике 6 происходит счет импульсов, поступающих с выхода тактового генератора 1 на счетный вход 6₁ двоичного счетчика 6, и на выходе двоичного счетчика 6 формируется двоичный код, пропорциональный времени Т и, следовательно, обратно пропорциональный скорости V. Также импульс с выхода порогового устройства 5 поступает через элемент задержки 7 на вход сброса 6₄ двоичного счетчика 6, приводя его в исходное состояние, и одновременно на первые входы N элементов "И" 8₁, 8₂, …, 8_n, на вторые входы которых поступают сигналы с одноименных выходов двоичного счетчика 6 - тем самым, обеспечивается считывание двоичного кода, обратно пропорционального скорости ТС V, с выходов двоичного счетчика 6 через элементы "И" 8₁, 8₂, …, 8_n на вход блока вычисления 9. В блоке вычисления 9 на основании двоичного кода, обратно пропорционального скорости ТС V, вычисляется текущее значение модуля скорости V, которое снимается с выхода блока вычисления 9, являющегося выходом устройства.

При движении ТС задним ходом (в направлении, обратном показанному на фиг.1) работа измерителя линейной скорости происходит аналогично описанному выше, за исключением того, что на приемник теплового излучения 4 воздействует тепловой поток, порожденный нагревом поверхности дороги за счет оптического потока с выхода не первого 3₁, а второго источника оптического излучения 3₂.

Выбор величины разрядности N двоичного счетчика 6 осуществляется из условия Т_mах≤2^NΔt, т.е. , где V_min - минимальная скорость ТС, определяемая устройством, Т_mах - время достижения приемником теплового излучения 4 нагретой области поверхности дороги при минимальной скорости ТС, Δt - период следования тактовых импульсов. При на выходе переполнения 6₅ двоичного счетчика 6 возникает сигнал переполнения П, поступающий в блок вычисления 9, после которого двоичный код с выхода двоичного счетчика 6 аннулируется и воспринимается только код, следующий за ним.

Предложенное устройство обеспечивает автономное измерение модуля относительной линейной скорости объекта с высокой точностью и может быть использовано при решении навигационной задачи наземных ТС.

Изобретение относится к навигационным измерителям и может быть использовано для определения модуля линейной скорости наземных транспортных средств. Измеритель линейной скорости содержит тактовый генератор, делитель частоты, два источника оптического излучения, приемник теплового излучения, пороговое устройство, N-разрядный двоичный счетчик, элемент задержки, группу N элементов "И", блок вычисления. Технический результат – обеспечение автономного измерения модуля относительной линейной скорости объекта с высокой точностью. 1 ил.

Измеритель линейной скорости, содержащий тактовый генератор и блок вычисления, отличающийся тем, что в него введены делитель частоты, два источника оптического излучения, приемник теплового излучения, пороговое устройство, N-разрядный двоичный счетчик, элемент задержки, группа N элементов "И", выход тактового генератора подключен к счетному входу N-разрядного двоичного счетчика и через делитель частоты - к его входу запуска и входам первого и второго источников оптического излучения, расположенных по обе стороны приемника теплового излучения на равном расстоянии от него, при этом выходы первого и второго источников оптического излучения оптически связаны с поверхностью дороги, с которой с помощью теплового излучения также связан вход приемника теплового излучения, выход которого подключен ко входу порогового устройства, выход которого подключен ко входу останова N-разрядного двоичного счетчика и через элемент задержки - к его входу сброса и первым входам группы N элементов "И", вторые входы которых соединены с одноименными выходами N-разрядного двоичного счетчика, а выходы группы N элементов "И" и выход переполнения N-разрядного двоичного счетчика подключены к соответствующим входам блока вычисления, выход которого является выходом устройства.