Устройство для измерения скорости движения объекта Советский патент 1984 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для определения скорости эле ментов машин и приборов, движущихся лент и других объектов. Известно устройство для измерени скорости движения объекта, содержащ оптическую сканирующую систему и фстоприемник, подключенный через усилитель и формирователь к измерит лям временных интервалов. Устройств реализует известный способ измерени скорости движения объекта . Г , Однако результаты измерений зави сят от умения оператора выделить, запомнить формы импульсов от двух н однородностей объекта и произвести I (например, с помощью осциллографа) измерение интервалов tj| и ii между замеченными неоднородностями. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит источник света, оптически согла сованный через щелевую диафрагму и объектив с контролируемым объектом и фо7оприемником, подключенным выхо дом через усилитель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор, подключенный выходом через усилител и формирователь к блоку синхронизации, сканатор, подключенный к генератору развертки, электрически соединенному с блоком синхронизации, два цифровых измерителя временных интервалов,соединенных с входом ари метического блока, подключенного вы ходом к регистратору pj. Периодическую развертку шероховатой поверхности объекта осуществляют по координате, параллельной на правлению движения, и принятый сигнал разделяют на два соответственно направлениям развертки. При этом оп Е)еделяют отношение разности и суммы ЧИСТО этих сигналов и по нему судя о скорости изделия. Частоты определяют как отношение числа импульсов N от неоднородностей объекта за полупериод развертки t ПД5/2 к его длительности (д, ) . Это означает, гроз что частоты 1 и in являются усредненными частотами шумообразных сигна лов и известное устройство дает низкую точность измерений. Цель изобретения - повьлиение точности измерения скорости объекта. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем источник света, оптически согласован ный через щелевую диаграмму и объект,ив с контролируемым объектом и фотоприемником, подключенным выходом через усилитель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор, подклЙченный к генератору развертки, электрически соединенному с блоком синхронизации, два цифровых измерителя временных интервалов, соединенных с входом арифметического блока, подключенного выходом к регистратору, арифметический .блок содержит вычитающее и суммирующее устройства, перемножающее и делительное устройства и квадратор, при этом выходы циф- ровых измерителей временных интервалов подключены параллельно к входам вычитающего и суммирующего устройств, выходы которых подключены к первому входу делителыюго устройства и входу квадратора соответственно, выход последнего соединен с вторым входом делительного устройства, выход которого.подключен к входу перемножающего устройства, соединенного входом.с выходом генератора развертки, а выходом - с регистратором. На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - схема арифме тического блока; на фиг.3-6 - диагра№лы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит источник 1 света, конденсатор 2, щелевуюдиафрагму 3, сканатор 4, объектив 5, светоделительную призму 6, шкалу 7 со светоконтрастными штрихами (или оптически гладкую поверхность объекта) . На шкалу 7 со штрихами 8 спроектировано изображение щели в диафрагме 3 световой марки 9. Затем лучи попадают в фотоприемник 10, сигналы с которого поступают в электронный бл(к; состоящий из усилителя 11 импульсов, формирователя (компаратора) 12 с регулируемым уровнем срабатывания, блока 13 синхронизации, генератора привода сканатора (генератора развертки) 14, цифровых измерителей 15 и 16 временных интервалов и арифметического блока 17. Арифметический блок 17 выполнен в враде вычитающего устройства 18 (фиг.2), суммирующего устройства 19, делительного устройства 20, перемножающего устройства 21, квадратора 22. При этом входы вычитающего устройства 18 и суммирующего устройства 1У параллельно соединены с выходами цифровых измерителей 15 и 16 временных интервг1лов, а выходы - с первым входом делительного устройства 20 и входом квадратора 22. Выход делительного устройства 20 соединен с входом перемножающего устройства 21, соединенного также входом с выходом генератора 14 развертки, а выходом - с регистратором. Измерение скорости с помощью устройства происходит следующим образом. Сканатор 4 (например, колеблющаяся плоскопараллельная пластина) приводится в движение от генератора 14 развертки, в результате чего изображение световой марки 9 совершает колебательное движение в плоскости шкалы 7 с амплитудой Хд. Величина Хе измеряется предварительно, например С помощью инструментального микроскопа. Расстояние между соседними штрихами превышает 2)(дИ .поэтому за один период сканирования в фотоприе нике 10 возникают два импульса при прямом и обратном перемещениях свеГОБОЙ марки 9. Импульсы после усили теля 11 и формирователя 12 подаются IB блок 13 синхронизации, куда посту пает сигнал с генератора 14 .разверт ни, в блоке 13 синхронизации,содержащем логические схемы И,и ИЛИ, про исходит разделение по двум каналам импульсов, соответствующих прямому и обратному ходу изображения (свето вой марки) 9, Если объект неподвижен, топерио ды Т и Tj, измеряемые с помощью двух синхронно запускаемых цифровых измерителей 15 и 16, не отличаются друг от. друга-. В случае движения объекта, например, вправо, периоды будут отличаться. Для объяснения этого явления предположим, что сканирование проис ходит с постоянной скоростью V причем траектория сканирования све.товой марки 9 условно изображена в виде замкнутого прямоугольника 23-- 26 с целью отделения траектори прямого 23-24 хода от траектории обратного 25-,26 (фиг.З). Предположим, что штрих 8 вместе со шкалой перемещается вправо с постоянной -скоростью V и занимает поочередно положения А, В, С, Д, а скорость сканирования равна /(.ц . Тогда при прямом ходе изображения (на фиг.З вправо) один импульс возникает в по ложении штриха А, а следующий импул при движении светового пятна вправо возникает при положении штриха С. Интервал времени между импульсами прямого хода не равен периоду скани рования Т и превышает его на время прохождения участка АС, т.е. , - | VT ; Т . Ск т - ТУск Однако TV(.. 4Хо, в результате ск При обратном ходе изображения 9 по движущейся шкале 7 (т.е. движени влево) штрих перемещается дважды в положениях В и D. При этом интервал времени между импульсами меньше периода сканирования на время прохождения световым пятном участка В, т.е. Т, - V следовательно На фиг. 4-6 представлены графики импульсов с формирователя 12 до разделения их по разным каналам (фиг.4) и после разделения (фиг.5). Измеряемые периоды Т и Т, (через один импульс на фиг,4) различаются друг от друга и каждый из них имеет постоянное значение при V -const согласно (1)и (2). Вычитая выражения (1) и (2)с учетом, что скорость сканирования значительно превышает измеряеИУс, мую скорость, и , получим Т - Т2 При суммировании (1) и (2) с учетом У(;ц « V находим Т Д -±Подставляя (4) в (3), получим выражение для искомой скорости объекта через измеряемые величины XQ, Т, и Tg Т, - Т V 8Х, (Т + Т.,), При сканировании по синусоидальному закону выражения (1) и (2,) справедливы с. достаточной точностью на линейном отрезке траектории .сканирования (20-30% размаха сканирования) « При этом V(. и выражения (3) и (4) принимают вид , ДТ Т Т, - Т-; V 4|fX О (Т + Т ) Таким образом, и в этом случае, изл1ёряя периоды Тд и Т. и зная амплитуду сканирования Х, можно с помощью формулы (7) вычислить скорость движения объекта и направление его (по знаку) . Операции вычисления скорости по этой формуле производятся с помощью цифрового арифметического устройства 17 (фиг.2), на вход которого вводятся величины Х, У, Tg. Погрешность измерений можно определить/ исходя из выражения (6), следующим образом . . jrSlMl f Г-гдТ 8T-J2 Однако &1ьтЪ&(,Т,-Т,) и Al«i Поэтому ... - - Т .. Из (8) В1гцно, что точность измерений определяется относительной погв.ешностью измерения периодов Т и Tj {-) и амплитудой сканирования. BenHiHHa 8т/Т зависит от отношения сигнои1/шум в импульсном сигнале и крутизны фронтов импульсов. Точность измерений величин Т и Тл можно повысить, измеряя их с кра ностью И . При этом погрешность изм рений уменьшится в и раз и во столь ко же раз увеличится длительность измерения 6Т .blL пТ т Реализация устройства возможна и .в случае оптически неоднородной поверхности . При этом вместо нанесения светоконтрастных штрихов вводится дополнительная операция по бора уровня срабатывания формирователя. Сигнал с фотоприемника имеет в этом случае хаотический характер. Однако в любом шумовом процессе имеют место выбросы выше некоторого уровня. В нашем случае это связано с наличием на поверхности объекта локальных максимальных неоднородностей. Поскольку уровень срабатывания формирователя 12 можно регулировать, он выбирается таким образом, чтобы частота появления импульсов была ниже частоты сканирования. В дальнейшем процесс измерений не отличается от описанного выше. Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокую точность по сравнению с известным.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее источник света, оптически согласованный черезщелевую диафрагму и объектив с контролируемым объектом и фотоприемником, подключенным выходом через уси-питель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор. Ср2 подключенный к генератору развертки, электрически соединенному с блоком синхронизации, два цифровых измерителя временных интервалов, соединенных с входом арифметического блока, подключенного выходом к регистратору, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности, арифметический блок содержит вычитающее и суммирующее устройства, перемножающее и делительное устройства и квадратор, при этом выходы цифровых измерителей -временных интервалов подключены параллельно к входам вычитающего и суммирующего устройств, выходы которых подключены к первому входу делительного устройства и вхо- Щ ду квадратора соответственно, выход (Л последнего соединен с вторым входом делительного устройства, выход котос рого подключен к входу перемножающеIo устройства, соединенного входом с выходом генератора развертки, а выходом - с регистратором. ел а СП 7 у цц У Ф11г1

фиг 2

А В С В

фиг.З

If

Ti

h«,4Zi

фыгЛ

Ввод масштабного . коэффициента

fyjifjfo

(

и

0ut 5

Tz

фгЛ.б