Устройство для контроля длины движущегося длинномерного материала Советский патент 1989 года по МПК G01B7/04 

Изобретение относится к текстильной промышленности.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема ци1)рового коррелятора; на фиг. 3 - график временной зависимости функции взаимной корреляции для стохастических коррелированных сигналов о

Устройство содержит источники 1 и 2 излучения (света), диафрагму 3 с отверстиями 4 и 5, фотоприемники 6 и 7, усилители 8 и 9, аналоговые компараторы 10 и 11, Ц1)ровой коррелятор 12 и цифровой индикатор 13.

Между источниками 1 и 2 и диафрагмой 3 помещен длинномерный материал, например нить 14, перематываемая с бобины 15 на бобину 16.

Источники 1 и 2 представляют собой, например, светодиоды типа АП106, узкий пучок света от каждого из которых через соответствующие отверстия 4 и 5 диафрагмы 3 направлен на соответствующий фотоприемник 6 или 7.

Фотоприемники 6 и 7 расположены на фиксированном расстоянии друг от друга, например, 50 мм .и представляют собой, например, фотодиоды типа ФД25К. Чем ближе фотодиоды 6 и 7 расположены друг к другу, тем выше точность измерений.

ел

ел

о оо

4

Усилители 8 и 9 являются усилителями сигналов фотодиодов с полосовыми фильтрами для выбора оптимальной полосы из спектра стохастических сигналов и представляют собой, например операционные усилители типа К 544 УД2.

Аналоговые компараторы 10 и И служат для сравнения мгновенных значений поступающих сигналов с их средним значением и получения на выходе цифрового сигнала логической единицы или логического нуля и выполнены, например, на микросхемах К597СА1.

Цифровой коррелятор 12 предназначен для вьиисления взаимокорреляционной функции и момента наступле- НИН ее экстремума.

Цифровой индикатор 13 служит для отображения результата измерения длины (или скорости) перематываемой нити и представляет собой четырех- звенный цифровой индикатор, выполненный, например, на четырех однозарядных цифровых индикаторах типа ЦИ-2.

. Ци})ровой коррелятор 12 содержит первый и второй, например, 1024-разрядные регистры 17 и 18 сдвига, схему 19 совпадений, счетчик 20 импульсов, запоминающий блок 21, цифровой компаратор 22, тактовый генератор 23, делитель 2Л частоты (на 1024), счетчик 25 импульсов и буферный регистр 26.

Регистры сдвига 17 и 18 представляют собой, например, оперативные запоминающие устройства ОЗУ1024х1, выполненные в виде микросхем К565РУ2 и предназначены для оперативного запоминания сигналов фотоприемников на время вычисления и последующего их циклического сдвига в процессе вычисления корреляционной функции.

Схема 19 совпадений представляет собой логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выполненный, например, в виде микросхемы К561Ш12, и предназначен для сравнения выходных сигналов с регистров 17 и 18 и выдачи импульса на счетчик 20 импульсов совпадений в случае их равенства.

Счетчик 20 выполнен, например, в виде двух последовательно соединенных микросхем К561ИЕ10 и служит для подсчета импульсов с выхода схемы 19.

0

Запоминающий блок 21 представляет собой, например, оперативное запоминающее устройство ОЗУ1024х1, выполненное в виде микросхемы К565РУ2, и предназначен для буферного запоминания числа совпадений„

Цифровой компаратор 22 выполнен, например, на двух параллельно соединенных микросхемах К561СП1 и предназначен для сравнения числа совпадений в текущем и предьщущем циклах вычислений.

Тактовый генератор 23 реализо- 5 ван, например, на микросхеме К155ЛАЗ и служит для синхронизации работы всех узлов устройства о

Делитель 24 вьшолнен, например, в виде двух последовательно соединенных микросхем К561 и ЕЮ и служит для выработки импульсов, осуществляющих сдвиг информации в регистре 18 сдвига при вычислении корреляционной функциио

Счетчик 25 импульсов (шагов) представляет собой, например, две последовательно соединенные микросхемы К561ИЕ10 и предназначен для подсчета количества циклов вычислений корреляционной функции, т.е значения задержки, выраженного в цифровой форме/

Буферный регистр 26 реализован, например, на трех параллельно соединенных микросхемах К561ТМЗ и служит для хранения информации о предьщущем вычислении времени задержки, представляющем собой функцию скорости измеряемой нити.

Источники 1 и 2, фотоприемники 6 и 7 и диафрагма 3 с отверстиями 4 и 5 образуют в совокупности датчики не- ровноты нити 14 о

Выходы фотоприемников 6 и 7 через усилители 8 и 9 и аналоговые компараторы 10 и 11 подключены к соответствующим входам коррелятора 12, выходом соединенного с входом индикатора 13о

5

0

5

0

5

Регистры 17 и 18 соединены с выходами компараторов 10 и 11, тактового генератора 23 и делителя 24 частоты и с соответствующим вьпсодом ци|)- рового компаратора 22. Выходы регист- ров 17 и 18 через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 связаны со счетньм входо м счетчика 20, соответствующими выходами соединенного с входами запоминающего блока 21 и цифрового компаратора

51

22, один из выходов которого свяяан с входом блока 21, а другой - с входами сброса счетчиков 21 и 25 и блока 21 и с входом записи буферного регистра 26, входом подключенного к выходу счетчика 25, а выходом - к входу индикатора 13, Выход генератора 23 через делитель 24 частоты соединен с входами счетчиков 20 и 25.

Устройство работает следующим образом.

f

1

51503А

Отрезок нити между д емниками можно представ нейную инвариантную во тему передачи. При этом временная характеристик при использовании стоха сигналов на выходе фото описывается автокорреля

I 10 функциями каждого из си и R у и их взаимокорр функцией Ry L которые . дующий вид:

R( j() - Urn |5u,(t)-U,(t - C)dt;.-5 li,(t).lT,(t-r)dt;

T CO 0 0

503А

Отрезок нити между двумя фотоприемниками можно представить как линейную инвариантную во времени систему передачи. При этом допущении временная характеристика передачи при использовании стохастических сигналов на выходе фотоприемников описывается автокорреляционными

10 функциями каждого из сигналов и R у и их взаимокорреляцнонной функцией Ry L которые имеют еле- . дующий вид:

(1)

Изобретение относится к текстильной промышленности. Цель изобретения - повышение точности контроля. Предлагаемое устройство позволяет определить длину контролируемого материала (нити) по величине времени τ₀ задержки сигнала, последовательного появляющегося на выходах датнии перемещения нити на фиксированном расстоянии один от другого. Величина τ₀, однозначно определяющая скорость нити, а следовательно и ее длину, вычисляется по максимуму взаимокорреляционной функции стохастических сигналов с выходов датчиков неровноты нити в соответствии с выражением τ₀=NΔτ, ГДЕ τ₀ - ВРЕМЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ, ПРИ КОТОРОМ ВЗАИМОКОРРЕЛЯЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ ДОСТИГАЕТ ЭКСТРЕМУМА

N - ЧИСЛО ДИСКРЕТНЫХ ШАГОВ ВЫЧИСЛЕНИЯ ВЗАИМОКОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЕЕ ЭКСТРЕМУМА

Δτ - шаг изменения величины временной задержки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

ICJ

Ry (€) Urn V(t)-,(t - Odt U(t)U(t -C)dt;

T-r O) 1 0 S

p

, R,. ,, (f) lim U, (t)-U..(t -C) U,(t)-Uj(t -Odt , (3)

T о- - - где Ry (C) автокорреляционная 25

с I

функция первого сигнала;

R j у (с) автокорреляционная функция второго сигнала;5Qи U заимокорреляционная

функция первого и второго сигналов; f - задержка между двумя

сигналами; Т - заданный интервал

измерения; t - текущее время; 11 (t) - первый стохастический

сигнал; U(t) - второй стохастический

сигнал; Тр - фактический интервал

измерения. Мерой для оценки сходства, т„е.

35

40

значения в диапазоне О р (;) 1 и при условии, что автокорреляционные функции RO, и, и о зависят от времени, полностью повторяет временную зависимость взаимокорреляционной функции R(;,u,( ) Таким образом, для вычисления значения 1, при котором сигналы максимально похожи, достаточно определить момент, при котором взаимокорреляционная функция принимает экстремальное значение. Этот момент соответствует времени прохождения участка длинномерного материала Между двумя фотоприемниками.

Временная зависимость функции взаимной корреляции для стохастических коррелированных сигналов представлена на фиг. 3.

45

При вычислении знаковой корреляционной функции входные сигналы преобразуются с помощью аналоговых компараторов в двухуровневые, т.е. u(t) и Ut(t) преобразуются в sgn U ,(t) и sgn. u(t) относительно их среднего значения/ допустимо, .так как для сигналов с нормальным законом распределения по амплитуде действительно соотнощение

«- « i 5::::M 5tfi«r

sgn Ui(t) - знаковая функция сигнала U jt;

для крррелирования стохастических сигналов и ,(t) и U(t), является коэффициент корреляции

. с (t) --- Jbl Ijgl

3,01- Г- 7ТТ7 50 Ry,,(

Коэффициент корреляции в зависимости от сходства сигналов принимает

где sgn u,,(t) - знаковая функция сигнала u,(t);

(2)

-

I

25

5Q

35

40

значения в диапазоне О р (;) 1 и при условии, что автокорреляционные функции RO, и, и о зависят от времени, полностью повторяет временную зависимость взаимокорреляционной функции R(;,u,( ) Таким образом, для вычисления значения 1, при котором сигналы максимально похожи, достаточно определить момент, при котором взаимокорреляционная функция принимает экстремальное значение. Этот момент соответствует времени прохождения участка длинномерного материала Между двумя фотоприемниками.

Временная зависимость функции взаимной корреляции для стохастических коррелированных сигналов представлена на фиг. 3.

45

о (-f) - коэффициент корреляции стохастических

сигналов 11 . и U

7

Rsgn u,

8gn и ( С) знаковая взаимокор- реляциоиная функция сигналов U, и U2,

т.е. знаковая корреляционная ф ункция в сравнении с функцией полной корреляции имеет те же экстремальное и нулевое значения.

Сигналы sgn U,(t) иsgn Ui(t) непре- рьтно поступают с выходов аналоговых компараторов 10 и П. После заполне- rtuH объема 1024-разрядных регистров 17 и 18 сдвига запись прекращается, а содержимое этих регистров последовательно поступает на элемент 19. На его выходе сигнал лопгческой единицы появляется в каждом такте сдвига при условии совпадения логических значений входных сигналов. Количество этих совпадений подсчитывается счетчиком 2Г и в конце цикла сравнения записываются в запоминающий блок 21 совпадений, Зап-ем содержимое 1024-разрядного регистра 18 сдвига задерживается на один такт, в счетчик 25 (шагов) запнсьшается число 1 и проводится новьш цикл сравнения. В конце этого цикла сравнения количества совпадений, sianHcaH ных в счетчике 20 и запоминающем блоке 21, поступают на дгйровой компаратор 22. Если новое число совпадений больше записанного Б запоминающем блоке 21, то содержимое счетчика 20 переписьшается в этот блок 21, счетчик 25 (шагов) записывает число 2, а содержимое регистра 18 , сдвига задерживается еще на один такТо Цикл сравнения повторяется до тех пор, пока количество совпадений окажется меньше или равным записанному в запоминающем блоке 21, При этом сигнал с соответствуюиего выхода цифрового комнарато1;а 22 переводит 1024-разрядные регистры П и 18 на запись новой порции информации фиксирует содержимое счетчнка (шагов) 25 в буферном регистре 26 и переводит в исходное состояние счетчик 20, запоминающий блок 21 и счетчик 25. Содержимое буферного регистра 26 отображается цифровым индикатором 13 откалиброванным в единицах измерения скорости нити 14 (или ее длины с начала перемотки) в виде

f nd€.

(6)

fjj - момент времени достижения

экстремума;

п - число шагов вычисления корреляционной функции для установления экстремума; шаг задержки.

Формула изобретения

пульсов, выход которого соединен с информационным входом буферного регистра, выходом подключенного к входу индикатора,

/5

/V Y-- 1 1

10

чик неровноты материала выполнен в виде источника излучения и фотоприемника, размещенных по разные стороны наттравления. перемещения материала, и содержит диафрагму, установленную перед фотоприемником.

1д

(риг.1

фи.2

ffu иг

I

rs