Измеритель скорости движения объекта Советский патент 1986 года по МПК G01P3/68 

Изобретение относится к измерительной технике и может быгь использовано для бесконтактного измерения скорости протяженных объектов, например подстилающей поверхности,

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости протяженного объекта.

На представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2- эпюры сигналов на выходах отдельнЕхгх элементов устройства.

Устройство содержит два фотоприемника (ФП) i и 2, два усилителя 3 и 4, блок 5 вычитания, детектор 6 абсолютной величины, пороговое устройство 7, детектор 8 переднего фронта импульса, измеритель 9 временного интервала, ключ 10, запоминающее устройство (ЗУ) 11, компара тор 12, детектор 13 фронтов импульса, функциональный преобразователь 1/Х 4.

На движущемся объекте 15 стрелк обозначено направление его движени Э1 и Э2 участки поверхности объект попадающие в поля зрения соответственно первого и второго по ходу двжения фотоприемных каналов. Оптичекие оси фотоприемников 1 и 2 ориен тированы так, что их поля зрения Э и Э2 соприкасаются на поверхности объекта 5 движущегося со скоростью Выходы обоих фотоприемников 1 и 2 подключены через усилители 3 и 4 к входам блока 5 вычитания. Выход услителя 3 подключен также к входу кча 10, а выход усилителя 4 к входу компаратора 12. На выходе блока 5 вычитания включены последовательно соединенные детектор 6 абсолютной величины, пороговое устройство 7 и детектор 8 переднего фронта импулса, выход которого подключен к первому входу (входу пуска) измерите- ля 9 временного интервала,, и к управляющему входу ключа 10,, выход кча iO подключен к входу запоминающего устройства 11, выход которого подк,шочен к второму входу компаратора 12. Выход компаратора 12 чере детектор 13 фронтов подключен к втрому входу (Бходу останова) измери 5теля 9 временного интервала, который подключен к функциональному пробразователю 1/Х 14о . Блоки I и 2 являются точечными фотоприемными устройствами, -сигнал

емника 2 (Э2) Налы Е

на выходе которых пропорционален IJH-- тегральной яркости участков поверхности объекта (соответственно Э1 и 32) , попадаю1 4их в поле зрения их оптических систем. Блоки 3 и 4 являются линейными усилителями. Блок 5 вычитания совместно с детектором 6 абсолютной величины служит для формирования сигнала, пропорциснально- го абсолютной величине разности яркостей участков 31.и Э2,i Пороговое устройство 7 вырабатывает сигнал логической единицы в случае, когда сигнал на его выходе превысит определенный порог. Детектор 8 переднего фронта служит для формирования короткого импульса по переднему фронту импульса, поступающего на его пход. Запоминающее устройство 11 служит для запоминания величины аналогового сигнала, поступающего на его вход через ключ 10 в момент поступления на управляющий вход ключа импульса с выхода детектора 8 переднего фронта. Компаратор 12 вырабатывает сигнал логического нуля, когда сигнал на его первом входе меньше сигнала на его втором входе и сигнал логической единицы, когда сигнал на первом входе больще сигнала на втором входе. Детектор 13 фронтов , служит для формирования коротких импульсов по переднему и заднему фронту импульса, поступающего с схемы 12 сравнения. Измеритель 9 временного интервала 9 осуществляет измерение промежутка времени между импульсом, поступающим на его первый вход с детектора 8 переднего фронта, и импульсом, поступающим на его второй вход с детектора 13 фронтов. Функциональный преобразователь предназначен для преобразования поступающей на его вход величины X (интервал времени в обратную величину /X.

Устройство работает следующим образом.

Протяженный объект 15, скорость которого изменяется, перемещается в направлении от первого фотоприемника к второму. Участки поверхности с различной яркостью поочередно проходят через поля зрения фотопри- (Э1) и фотоприемника В результате этого сиг- i Ei на выходе усилите3

лей 3 и 4 изменяются пропорционально яркости участков поверхности объекта, попадающих в поле зрения соответствующих фотоприемников. На фиг.2а,б в качестве примера представлены эпюры возможного характера зависимостей сигналов Е и Е от времени. Сигнал E4(t) полностью повторяет ход изменения сигнала Ej(t), но отстает от него на неизвестный интервал времени, определяемый известным расстоянием между фотоприемниками (базой) и измеряемой скоростью V объекта. Блок 5 вычитания вместе с детектором 6 абсолютной величины осуществляет формирование сигнала ,, - Е4| , пропорционального абсолютной величине разности яркости участков поверхности объекта. Сигнал на выходе детектора 6 абсолютной величины представлен на фиг.2в. Здесь показана величина порога &Е срабатывания порогового устройства 7, сигнал на выходе которого показан на фиг.2г. Этот сигнал принимает значение ло- .гической единицы, когда разность сигналов фотоприемников Е„ и Е по абсолютной величине превышает величину порога ДЕ. Стоящий на выходе порогового устройства 7 детектор 8 переднего фронта импульса фиксирует моменты времени (t,t.j,t) когда абсолютное значение разности сигналов фотоприемников Е, и Е становится больше величины порога iE, вырабатывая в этот момент короткий импульс Eg, показанный на фиг.2д Так как расстояние между фотоприемниками д5 известно, это эквивалентно фиксации момента времени, когда величина /Е - Е /uS, которая приближенно равна пространственной производной яркости объекта в окрестности измеряемого участка, становится равной заданному пороговому значению лЕ/iS. Импульс Ед(фиг.2д) с детектора 8 переднего фронта открывает ключ 10, в результате чего в запоминающем устройстве 11 запоминается сигнал Е„ (фиг.2е - сплощная линия), равный значению сигнала яркости ЕЗ в первом по ходу движения приемном канале в момент времени t,, фиксируемый детектором 8 переднего фронта. На фиг.2е пунктиром показан также сигнал E(t), поступающий с усилителя 4 на первый вход компаратора 12, на второй вход которого

16733

поступает сигнал Е.. с выходя запоминающего устройства 11. Как показано на фиг,2ж, сигнал на выходе компаратора 12 принимает значения логичес- 5 кой единицы, когда сигнал Е на одном его входе больще сигнала на другом его входе. Вырабатывая короткие импульсы по переднему, и заднему фронтам импульса, поступающего с выхода

10 компаратора, детектор 13 фронтов импульса фиксирует моменты времени, когда наступает равенство сигналов Е и Е„ (на фиг. 2 моменты tj, Ц , t), т.е.когда в поле зрения фотоприем15 ника 2 в результате движения объекта попадает участок, яркость которого измерена фотоприемником 1 в предшествующий момент времени, соответственно t,, t , tj .

2Q Измерение промежутка времени между моментами t, и t (t и t, tj и tg), осуществляемое с помощью измерителя 9 временного интервала, позволяет вычислить скорость движения

25 объекта, как отношение &S/ it,

где ь S - известное расстояние между фотоприемниками I и 2, а - t (.,, tf tf) Вследствие того, что величина д8 фиксирована, пре,„ образование измеренной с помощью блока 9 величины временного интервала At в значение скорости объекта осуществляется путем вычисления величины обратной At с помощью функционального преобразователя 10, выполняющего операцию 1/X над входным сигналом X с соответствующим масштабным коэффициентом.

Рассмотренный измеритель может быть выполнен на базе существующих стандартных аналоговых и цифровых элементов.

35

40

Преобразователь /X может быть реализован с помощью устройства деЛенин - аналогового или цифрового, на основе нелинейного элемента, имеющего гиперболическую амплитудную характеристику. В случае, когда преобразуемая входная величина

(интервал времени} представлена в цифровом коде, преобразователь 1/X может быть достаточно просто выполнен в виде перекодировщика, реализованного на элементах цифровой логики или специально запрограммированного запоминающего устройства.

В качестве измерителя временного нтервала может быть использован.

S

например, таймер, реализованный на основе счетчика импульсов и генератора тактовых импульсов, запускаемого импульсом запуска и останавливаемого импульсом останова, или любое другое устройство, реализующее функцию измерения интервала времени между импульсами, поступающими на два его входа. Блок вычитания может быть реализован на базе дифференциального усилителя, детектор абсолютной величины - по схеме двух- периодного выпрямления. Запоминающее устройство с ключом на входе может быть реализовано, например, по одной из схем устройства выборки- хранения.

Формула изобретени

Измеритель скорости движения объекта, содержащий два рассредоточенных вдоль траектории объекта фотоприемника с включенными на их выходах усилителями, компаратор, последовательно соединенные ключ и запоминающее устройство, подключенные к одному входу компаратора, другой

336

вход которого подключен к выходу усилителя, соединенного с выходом второго по ходу движения фотоприемника, пороговые устройства, детек- тор переднего фронта импульса, последовательно подключенные к измерителю временного интервала, и включенный на выходе измерителя временного интервала функциональный преобразователь отличающий - с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены блок вычитания, детектор абсолютной величины и детектор фронтов

импульсов, при этом входы блока вычитания подключены к выходам усилителей фотоприемников, а выход - через детектор абсолютной величины к входу порогового устройства, выход компаратора через детектор фронтов подключен к первому входу измерителя временных интервалов, а выход детектора переднего фронта - к второму входу измерителя временных интервалов и к входу управления ключа, вход которого подключен к выходу усилителя первого по ходу движения фотоприемника.

Устройствоотносится к измерительной техникеи может использоваться для бесконтактного измерения скорости протяженных объектов. Цель изобретения - повьшение точности измерения скорости протяженного объекта. Протяженный объект 15 перемещается с разной скоростью в направлении от первого фотоприемника к второму и через их поля зрения проходят участки поверхностей с различной яркостью. Сигналы на выходе усилителей 3 и 4 меняются пропорционально яркости участков поверхности объекта, попадающих в поле зрения фотопри мников. Преобразование измеренной с помощью измерителя 9 временного интервала величины fct в значение скорости объекта осуществляется путем вычисления величины, обратной bt, с помощью преобразователя 14. 2 ил. g (Л fuff