Корреляционный измеритель скорости Советский патент 1985 года по МПК G01P3/80 

1 Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения линейной скорости объектов и проходимого ими пути. Известно устройство для измерения скорости, использующее корреля ционный метод измерения скорости Однако в этом устройстве применены два аналого-цифровых преобразователя и два сдвиговых регистра, что приводит к усложнению аппаратуры. Наиболее близким к изобретению I является корреляционный измеритель скорости, содержащий два усилителяограничителя входных сигналов,выход первого из которьк соединен с информационным входом регистра сдвига два трехвходньгх блока логического умножения, входы первого из которы соединены с прямыми выходами второго усилителя-ограничителя, регистра сдвига и одной из предоконечной ячеек регистра, а входы второго с инверсными выходами второго усилителя-ограничителя, регистра сдвига и одной из предоконечной ячеек регистра, прямой выход которой соед нен с первым блоком логического умножения . Выходы блоков логического умножения соединены с входами двух логических элементов ИЛИ, выходы которых подключены к входам интегратора, соединенного с управляющим входом генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к синхронизирующим входам ячеек регистра сдвига. Счетчик импульсов соединен с выходом генератора такто вых импульсов С2.Однако в известном устройстве с постоянным порогом формирования сигнум-сигналов форма дискриминационной характеристики (крутизна и ширина апертуры дискриминатора),а соответственно, точность измерения скорости объекта и вероятность срыв слежения, характеризующая надежност измерения скорости, зависят от статистических характеристик информационных сигналов, поступающих на входы усилителей-ограничителей и П11иводящих к изменению среднего зна чения сигнум-сигналов на их выходах Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения скорости путем формирования сигнум-сигналов с заданной средней 12 скважностью, приводящих к увеличению крутизны и ширины апертуры дискриминационной характеристики. Поставленная цель достигается тем, что в корреляционном измерителе скорости, содержащем два датчика, два формирователя сигнум-сигналов, выход первого из которых соединен с информационным входом регистра сдвига, два трехвходных блока логического умножения, входы первого из которых соединены с прямыми выходами второго формирователя сигнум-сигналов, регистра сдвига и одной из предоконечной ячеек регистра, а входы второго - с инверсными выходами второго формирователя сигнум-сигнало.в, регистра сдвига и одной из предоконечных ячеек регистра,прямой выход которого соединен с первым блоком логического умножения, выходы блоков соединены с выходами двух логических схем ИЛИ, выходы которых подключены к входам интегратора,соединенного с управляющим входом генератора тактовых импульсов,выход которого подключен к синхронизирующим входам ячеек регистру сдвига, счетчик импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, каждый формирователь содержит компаратор, интегратор и источник опорного напряжения, причем выход компаратора, соединен с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход интегратора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является входом формирователя. На чертеже приведена функциональная схема предложенного корреляционного измерителя скорости. Устройство содержит компараторы 1 и 2, делители напряжений R и R интеграторы 3 и 4, регистр 5 сдвига, блоки 6 и 7 логического умножения, логические элементы ШИ 8 и 9, интегратор 10, управляемый (по частоте) генератор 11 тактовых импульсов, счетчик 12 импульсов. Каждьй блок логического умножения состоит из двух логических элементов И 13 и 14, 15 и 16. Устройство работает следуюищм образом. На входы измерителя поступают информационные сигналы x(t) и

. 3

xCt+T) с датчиков (не показаны) с относительным временным сдвигом L равным транспортному запаздыванию. Сигнал x(t) поступает на вход компаратора 1. Опорное напряжение, подаваемое на компаратор, задает уровень сигнум-сигнала на его выходе, С выхода компаратора 1 сигнум-сигнал поступает на вход интегратора 3, собранного по дифференциальной схеме, на второй вход которого подают часть опорного напряжения с делителя R,, задающего требуемую скважность сигнум-сигналов.

В интеграторе 3 происходит сравнение входных сигналов (среднее значение сигнум-сигнала с опорным). При изменении среднего значения сигнум-сигнала (или скважности) появляется сигнал рассогласования, который с выхода интегратора 3 подается на второй вход компаратора 1 и изменяет порог формирования сигнум-сигналов до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равны нулю, т.е. пока не установится требуемая скважность сигнум-сигналов йа выходе компаратора 1.

Аналогично поддерживается заданная скважность во втором канале, собранном на компараторе 2, интеграторе Л и делителе Rj.

Сигнум-сигнал с выхода компаратора 1 задерживается регистром 5 сдвига на время, определяемое числом его ячеек и частотой следования тактовых имггульсов.

На входы злемента И 13 подаются импульсы с прямых выходов сдвигающего регистра 5 и компаратора 2, а на входы элемента И 15 - импульсы с инверсных выходов тех же элементов схемы. При совпадении соответствующих импульсов во времени на выходе элемента И 13 и 15 появляются импулсные напряжения. Эти напряжения поступают на входы элемента ИЛИ 8 с его выхода - на первый вход интегратора 10.

На входы элемента И 14 подаются импульсы с прямьк выходов одной из предоконечных ячеек регистра 5 сдвига и компаратора 2, а на входы элемента И 16 - импульсы с инверсных выходов тех же элементов схемы..При совпадении соответствующих импульсо во времени на выходе элементов И 14

632714

и 16 появляются импульсные напряжения. Эти напряжения поступают на входы элемента ИЛИ 9 и с его выхода - на второй вход интегратора 10. 5 Интегратор 10 выполнен по дифференциальной схеме, т.е. он производит не только усреднение сигналов, поступающих с выходов элементов 8 и 9, но и их вычитание. С помощью элементов И 13 и 15, ИЛИ ( и интегратора 10, а также элементов И 14 и 16, ИЛИ 9 и интегратора 10 формируются значения знаковых корреляционных функций, макси15мумы которых сдвинуты на время прохождения сигнала между одной из предоконечных и последней ячейками регистра 5.

В установившемся режиме разность

20 напряжений на входах интегратора 10 равна нулю. Если измеряемая величина скорости изменяется, то изме Няется и величина временного сдвига между входными сигналами, при этом

25 равновесие следящей системы нарушается.

На выходе интегратора 10, соединенного с управляющим входом генератора 11 тактовых импульсов, изменяется напряжение, которое, воздействуя на генератор 11, выход которого подключен к синхронизирующим входам ячеек регистра 5, вызывает изменение частоты тактовых импульсов, а 5 следовательно, и время задержки сигнала в регистре 5 до тех пор, пока разность сигналов на входах интегратора 8 не будет равна нулю. При этом частота тактовых импульсов про0 порциональна величине измеряемой скорости, а суммарное количество импульсов, накопленных счетчиком 12 импульсов, пропорционально пути, пройденному объектом, скорость 5 которого измеряется.

По сравнению с известным предлагаемое устройство повьш1ает точность измерения скорости за счет увеличения крутизны дискриминационной 0 характеристики, повьшает надежность измерения скорости за счет уменьшения вероятности срыва слежения.

Из-за нелинейных искажений в при5 емком тракте и изменения закона

распределения информационного сигнала при постоянном пороге формиро. вания сигнум-сигнала вероятности появления информационного сигнала

вьше или ниже установленного порога меняются. Это приводит к тому, что среднее значение сигнум-сигнала не равно нулю, что ухудшает точность и надежность измерения скорости, а также приводит к зависимости указанных характеристик от параметров информационного сигнала, т.е. к уменьшению стабильности работы измерителя.

Вследствие датчиков сигналы x(t) и x(t+LO могут отличаться как масштабными множителями,так и по форме. Тогда при постоянных порогах формирования сигнум-сигналов длительности положительных

и отрицательных значений сигнумсигналов в каналах прямого и задержанного сигналов будут различны, что приведет к декорреляции этих сигналов и увеличит ошибку измерения скорости.

Таким образом, подстраивая пороги ограничения в каждом из каналов так, чтобы средняя скважность сигнум-сигналов равнялась двум, повьш1ают стабильность работы измерения за счет уменьшения влияния нелинейных искажений в приемном

тракте, изменения закона распределения информафюнного сигнала и неидентичности каналов.

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ, содержащий два датчика, два формирователя, вькод первого из которых соединен с информационным входом регистра сдвига, два трехвходных блока логического умножения, входы первого из которых соединены с прямыми, выходами второго формирователя, регистра сдвига и одной из предоконечных ячеек регистра, а выходы второго - с инверсными выходами второго формирователя, регистра сдвига и одной из предоконечных ячеек регистра, прямой выход которого соединен с первым блоком логического умножения, выходы этих блоков соединены с выходами двух логических схем ИЛИ, выходы которых подключены к входам интегратора, соединенного с управляющим входом генератора тактовых иьшульсов, выход которого подключен к синхронизирующим входам ячеек регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью повьшения точноети и надежности, каждый формирователь содержит компаратор, интеграСЛ тор и источник опорного напряжения, причем выход компаратора соединен с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход интегратора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является входом формирователя.

кЦП}