Устройство для определения углового положения указателя стрелочных приборов Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

з153

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении для контроля и подгонки секторных и круго- вых шкал стрелочных измерительных приборов.

Целью изобретения является расширение диапазона достоверных измерений и области применения устройства соот- в тственно за счет определения углово- гр положения стрелки прибора при лю- 60м значении угла от 0 до ЗбОс и за смет обеспечения достоверных измере- при произвольной ориентации меток J н шкале прибора.

На фиг. 1 представлена функциональ- н|эя схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональная схема формирователя кодовых меток; на фиг. 3 -функцио- 2 нвльная схема формирователя экстремума; на фиг. - принципиальная схема блока суммирования; на фиг.5 - принципиальная схема блока управляющих импульсов; на . фиг.6 - устройство узла поворота трафа- 2 рета; на фиг,7 - чертеж, поясняющий принцип растрового разложения при считывании изображения объекта; на фиг.ба, б,в,г,д - примеры кодирования.

Устройство для определения углово- з го положения указателя стрелочных приборов содержит (фиг. 1) блок 1 считывания, вход которого предназначен для оптической связи с объектом (не показан) , формирователь 2 кодовых меток, вход которого соединен с выходом синхронизации блока 1 считывания, формирователь 3 экстремума, информационный вход которого соединен с информацион- н|им выходом блока 1 считывания, а ад- 4 ресный вход, тактовый вход и вход синхронизации соединены соответственно с информационным выходом, тактовым выходом и выходом синхронизации формирователя 2 кодовых меток, и вычисли-4 тельный блок k, вход которого соединен с выходом формирователя 3 экстремума.

Формирователь 2 кодовых меток содержит (фиг. 2) узел 5 поворота тра- ,-л фарета, одноразрядный счетчик 6, элемент И 7, кодопреобразователь 8, . блок 9 кодирования, включающий в себя элемент 10 считывания, квантователь 11, формирователь 12 кода номера изображения и генератор 13 тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом формирователя 12 хода номера изображения и является

3

55

тактовым выходом формирователя 2 кодовых меток, еыход элемента И 7 является выходом синхронизации формирователя 2 кодовых меток, выход формирователя 12 кода номера изображения соединен с входом кодопреобразователя 8, выход которого является информационным выходом формирователя 2 кодовых меток, управляющий вход формирователя 12 кода номера изображения соединен с О блока, а его вход соединен с выходом квантователя 11, вход которого соединен с выходом элемента 10 считывания, счетный вход одноразрядного счетчика 6 и первый вход элемента И 7 соединены между собой, выход одноразрядного счетчика 6 соединен с вторым входом элемента И 7 и управляющим входом узла 5 поворота трафарета, который оптически связан с эле- .ментом 10 считывания, счетный вход одноразрядного счетчика 6 и вход синхронизации элемента 10 считывания являются входом формирователя 2 кодовых меток.

Формирователь 3 экстремума содержит (фиг. 3) первый элемент НЕ Ik, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, элемент И 16, первый коммутатор 17, блбк 18 суммирования, блок 19 управляющих импульсов, второй элемент НЕ 20, второй коммутатор 21, реверсивный счетчик 22 (суммирующий и вычитающий), входы которого соединены соответственно с пятым и третьим выходами блока 19 управляющих импульсов, второй выход которого соединен с вторым управляющим входом второго коммутатора 21 и входом второго элемента НЕ 20, выход которого соединен с первым управляющим входом второго коммутатора 21, четвертый выход блока 19 управляющих импульсов и выход второго коммутатора 21 объединены и являются выходом формирователя 3 экстремума, первый информационный вход второго коммутатора 21 соединен с выходом первого коммутатора 17 и объединен с адресным входом блока 18 суммирования, второй информационный вход второго коммутатора 21 соединен с вторым выходом блока 18 суммирования, первый выход которого соединен с входом начальной установки реверсивного счетчика 22, вход начальной установки блока 18 суммирования соединен с первым выходом блока 19 управляющих импульсов, тактовый вход

51

блока 18 суммирования соединен с вых

дом элемента И 16, вход блока 18 суммирования соединен с выходом АЦП 15, вход которого является входом формирователя 3 экстремума, вход блока 19 управляющих импульсов, первый управляющий вход первого коммутатора 17 и вход первого элемента НЕ 14 соединен между собой и являются входом синхронизации формирователя 3 экстремума, выход первого элемента НЕ 14 соедине с вторым управляющим входом первого коммутатора 17 и с вторым входом элемента И 16, тактовый вход блока 19 управляющих импульсов и первый вход элемента И 16 объединены и являются тактовым входом формирователя 3 экстремума, первый информационный вход первого коммутатора 17 и вход реверсивного счетчика 22 объединены и являются адресным входом формирователя 3 экстремума, а выход реверсивного счетчика 22 соединен со вторым входо первого коммутатора 17.

Блок 18 суммирования содержит (фиг. 4) сумматор 23, первый регистр 24, коммутатор 25, элемент НЕ 26, певый элемент 27 задержки, элемент 28 ОЗУ, первый элемент ИЛИ 29, второй элемент ИЛИ 30, дешифратор 31, второ регистр 32, элемент И 33, второй элемент 34 задержки, элемент 35 сравнения, второй вход которого, вход второго регистра 32 и вход элемента 28 ОЗУ объединены и соединены с выходом коммутатора 25, первый вход элемента 35 сравнения соединен с выходом второго регистра 32, выход элемента 35 сравнения соединен с первым входом элемента И 33 через второй элемент 34 задержки, второй вход элемента И 33 соединен с выходом дешифратора 31, выход элемента И 33 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 30 и является первым выходом блока 18 суммирования, первый вход второго элемента ИЛИ 30, второй вход первого элемента ИЛИ 29 и вход элемента НЕ 26 объединены и являются входом начальной установки блока 18 суммирования, выход элемента НЕ 26 соединен с управляющим входом коммутатора 25, выход второго элемента ИЛИ 30 соединен с входом занесения второго регистра 32, первый вход первого элемента ИЛИ 29 соединен с выходом первого элемента 27 задержки, вход которого объединен с входом занесения первого

регистра

24 и является тактовым входом блока 18 суммирования, выход первого элемента ИЛИ 29 соединен с входом записи элемента 28 ОЗУ, выход которого соединен с вторым входом сумматора 23 и является вторым выходом блока 18 суммирования, адресный вход элемента 28 ОЗУ и вход дешифратора 31

0 объединены и являются адресным входом блока 18 суммирования, вход коммутатора 25 соединен с выходом первого регистра 24, вход которого соединен с выходом сумматора 23, первый

5 вход которого является входом блока 18 суммирования.

Блок 19 управляющих импульсов содержит (фиг. 5), первый элемент 36 задержки, элемент НЕ 37, первый эле0 мент И 38, первый триггер 39, второй триггер 40, второй элемент И 41, счетчик 42, дешифратор 43, второй элемент 44 задержки, элемент ИЛИ 45, третий элемент И 46, третий вход элемента

5 ИЛИ 45 соединен с выходом первого триггера 39, который является первым выходом блока 19 управляющих импульсов, второй вход элемента ИЛИ 45 соединен с вторым выходом дешифратора

0 43, первый вход элемента ИЛИ 45 и вход второго элемента 44 задержки объединены и соединены с четвертым выходом дешифратора 43, выход элемента ИЛИ 45 соединен с первым входом

5 третьего элемента И 46, вторые входы второго элемента И 41 и третьего элемента И 46 и тактовые входы элементов 36 и 44 задержки объединены и являются тактовым входом блока 19 уп0 равляющих импульсов, выход третьего элемента И 46 является пятым выходом блока 19 управляющих импульсов, выход второго элемента 44 задержки соединен с вторым входом первого триггера 39,

5 с вторым входом второго триггера 40 и с входом начальной установки счетчика 42, выход второго триггера 40 соединен с первым входом второго элемента И 41, выход которого соединен о

0 с счетным входом счетчика 42 и является четвертым выходом блока 19 управляющих импульсов, выход счетчика 42 соединен с входом дешифратора 43, первый и третий выходы которого явля5 ются соответственно третьим и вторым выходами блока 19 управляющих импульсов, первый вход второго триггера 40 соединен с выходом первого элемента И 39, второй вход которого объединен с первым входом первого триггера 39 и соединен с выходом элемента НЕ 37, первый вход первого элемента И 38 объединен с входом первого элемента 36 задержки и является входом блока 19 управляющих импульсов, 0ыход первого элемента 36 задержки Соединен со входом элемента НЕ 37.

Узел 5 поворота трафарета (входит Ј состав формирователя 2 кодовых ме- toK на фиг. 2) состоит из трафарета 47 (фиг, 6), оси 48, тяги 49, подшипника 50, стойки 51, пружины 52 и Электромагнитного реле 53, управляю- щий вход которого является входом уз- Jia, пружина 52 жестко соединена одним концом с корпусом устройства, вторым- t тягой 49, которая также жестко со- Единена с осью 48, которая крепится на стойке 51 с помощью подшипника 50, На оси 48 укреплен трафарет kj, электромагнит крепится на корпусе устрой- Ства.

Сущность изобретения состоит в том irro при построчном считывании изобра- Жения шкалы прибора (фиг. 7), формируются отсчеты изображения B;j , соот- етствующие усредненному значению бсвещенности элемента строки, где i - Текущий номер элемента в строке (может меняться от 0 до t); t - число элементов отсчета в строке, включая и обратный ход; j - текущий номер строки.

Синхронно со считыванием изображения формируются области секторов, в каждом из которых совокупности элементов строки i и совокупности строк j, tip и надлежащих соответствующему k-му сектору, присваивается один и тот же Номер k в соответствии с номером Соответствующего сектора.

Ориентация секторов относительно растра подбирается так, что их сово- купноеть образует дискретную отсчет- ную область либо секторной, либо круговой шкалы прибора,. Угловое положение сектора выбирается таким, чтобы при наложении на него изображения стрелки прибора происходило перекрытие стрелкой прибора сектора при совмещении оси симметрии изображения стрелки с осью симметрии сектора. Угол между осями симметрии секторов составляет ol/ (фиг. 8). В общем случае Положение оси симметрии сектора и стрелки могут не совпадать. В этом случае изображение стрелки будет принадлежать не только одному сектору. Для определения углового положения стрелки прибора для каждого сектора k усредняем значение освещенности:

A- SlBjj, . (D

Ч ек где k - текущий номер сектора, может

меняться от 1 до 2L; L - число секторов. Угловое положение ч стрелки с точностью до дискретного значения определяется как

.N,(2)

где N - номер сектора, в котором усредненное значение освещенности максимально

AN MaKcAK.

(3)

Для уточнения углового положения стрелки используем информацию о значениях усредненной освещенности AN, и А в соседних с максимумом секторах, определяя их разность

&-AM.-VM (

что дает количественное значение смещения стрелки по отношению к сектору с максимальным значением освещенности с направлением смещения.

С учетом (4) получаем уточненное значение углового положения стрелки S с

А;;Ш(5)

Устройство для одределения углового положения указателя стрелочных приборов работает следующим образом (фиг. 1 - 6).

Изображение объекта (на чертежах не показан), представляющее собой шкалу (секторную или круговую) измерительного прибора с указателем - стрелкой, проецируется на мишень ПЗС блока 1 считывания, с выхода синхронизации которого поступают синхронизирующие импульсы и импульс обратного хода кадра. На синхронизирующий вход элемента 10 считывания блока 9 кодирования формирователя 2 кодовых меток поступают импульсы синхронизации, обеспечивающие синхронное считывание изображения трафарета 47 узла 5 поворота трафарета, которое проецируется на мишень ПЗС элемента 10 считывания. Импульс обратного хода кадра поступает на первый вход элемента И 7 формирователя 2 кодовых меток и на счетный вход одноразрядного счетчика 6, который делит кодовую частоту в два раза. При наличии 1 на выхбде: счетчика 6 на выходе элемента И 7 формируется

импульс во время обратного хода кадра, который поступает на вход синхронизации формирователя 3 экстремума. Сигнал с выхода счетчика б поступает на вход узла 5 поворота трафарета и управляет положением трафарета 7 относительно оси 48 его поворота посредством электромагнитного реле 53 и тяги 49, связанной с осью 48. Видёо сигнал с выхода элемента 10 считывания блока 9 кодирования поступает на вход квантователя 11 блока 9 кодирования, где происходит преобразование видеосигнала в двухградационный. С выхода квантователя 11 двухградиа- ционный сигнал поступает на второй вход формирователя 12 кода номера изображения. Импульсы с выхода генератора 13 тактовых импульсов блока 9 кодирования, частота которых в t раз выше строчной частоты элемента 10 считывания, поступают на тактовых вход формирователя 12 кода номера изобра

Во время считывания каждых двух кадров изображения на вход синхронизации формирователя 3 экстремума с выхода элемента И 7 формирователя 2 кодовых меток поступает уровень О,

жения, на выходе которого сформируют- 25 при этом код с выхода кодопреобразо- ся отсчеты бинарного изображения, чис- вателя 8 через коммутатор 17 гюсту- ло которых в строке равно

пает на первый информационный вход коммутатора 21, адресный вход элемен та 28 ОЗУ и дешифратора 31 блока 18 30 суммирования. Тактовые импульсы при этом поступают через элемент И 16 на вход занесения регистра 24 и через элемент 27 задержки с задержкой, несколько большей, чем длительность тактового импульса, через элемент

i

(6)

где FT - частота тактовых импульсов

на выходе генератора 13 тактовых импульсов блока 9 кодирования;

частота строчной развертки передающей телевизионной

с

пает на первый информационный вход коммутатора 21, адресный вход элемента 28 ОЗУ и дешифратора 31 блока 18 30 суммирования. Тактовые импульсы при этом поступают через элемент И 16 на вход занесения регистра 24 и через элемент 27 задержки с задержкой, несколько большей, чем длительность тактового импульса, через элемент

трубки элемента 10 считывания.35 ИЛИ 29 поступают на вход записи элеНа выходе формирователя 11 кода номера изображения -элементам изображения, образующим соответствующий сектор, присваивается код номера сектора, причем во время считывания первого кадра элементам изображения присваиваются коды номеров секторов от 1 до L (фиг. 8а) (кадр разворачивается слева направо, а развертка строки осуществляется снизу вверх). За время считывания второго кадра, когда трафарет 47 повернется вокруг на угол at,, присвоение номеров ведется от (L+f) до 2L (фиг. 86). По окончании считывания второго кадра формирователь 11 кода номера изображения устанавливается в начальное состояние.

Коды с выхода формирователя 11 кода номера изображения поступают на вход кодопреобразователя 8, в котором эти коды преобразуются таким образом, чтобы возрастание кодов номемента 28 .ОЗУ,

Видеосигнал с выхода блока 1 считывания, осуществляющего построчное.

40 разложение изображения каждого кадра, инвариантный изображению объекта, поступает на вход АЦП 15, где преобразуется в двоичный код и поступает на первый вход сумматора

45 23, на выходе которого формируется код, образованный сложением кода, хранящегося по коду номера сектора, определяющего адрес элемента 28 ОЗУ, с кодом, полученным на выходе АЦП 15.°

50 Код с выхода сумматора 23 по каждому тактовому импульсу, подаваемому на вход занесения регистра 24, заносится в этот регистр и сохраняется до следующего тактового импульса и через

55 коммутатор 25 определяет новый код в элементе 28 ОЗУ, который записывается затем в элементе 28 ОЗУ, но с задержкой на элементе 27 задержки. При этом на входе начальной установ

ров секторов осуществлялось по направлению вращения часовой стрелки. Для секторов, считанных во время первого кадра присваиваются нечетные номера (фиг. 8в), а за время считывания второго кадра секторам присваиваются четные номера (фиг. 8г). Таким образом, за время считывания двух кадров в результате их наложения получаем упорядоченное дискретное поле секторов с нумерацией от 1 до 2L, следующие друг за другом по часовой стрелке (фиг. 8д). С выхода кодопреобразова- 5 теля 8 Чоды номера секторов поступают через адресный вход формирователя 3 экстремума на первый вход коммутатора 17 и вход реверсивного счетчика 22.

Во время считывания каждых двух кадров изображения на вход синхронизации формирователя 3 экстремума с выхода элемента И 7 формирователя 2 кодовых меток поступает уровень О,

при этом код с выхода кодопреобразо- вателя 8 через коммутатор 17 гюсту-

пает на первый информационный вход коммутатора 21, адресный вход элемента 28 ОЗУ и дешифратора 31 блока 18 суммирования. Тактовые импульсы при этом поступают через элемент И 16 на вход занесения регистра 24 и через элемент 27 задержки с задержкой, несколько большей, чем длительность тактового импульса, через элемент

ИЛИ 29 поступают на вход записи элемента 28 .ОЗУ,

Видеосигнал с выхода блока 1 считывания, осуществляющего построчное.

разложение изображения каждого кадра, инвариантный изображению объекта, поступает на вход АЦП 15, где преобразуется в двоичный код и поступает на первый вход сумматора

23, на выходе которого формируется код, образованный сложением кода, хранящегося по коду номера сектора, определяющего адрес элемента 28 ОЗУ, с кодом, полученным на выходе АЦП 15.°

Код с выхода сумматора 23 по каждому тактовому импульсу, подаваемому на вход занесения регистра 24, заносится в этот регистр и сохраняется до следующего тактового импульса и через

коммутатор 25 определяет новый код в элементе 28 ОЗУ, который записывается затем в элементе 28 ОЗУ, но с задержкой на элементе 27 задержки. При этом на входе начальной установки блока 18 суммирования установлен уровень О.

В результате считывания двух кадров изображения по каждому адресу элемента 23 ОЗУ, который соответствует коду номера сектора, записан код в соответствии с (1), определяющий усредненное значение освещенности изображения объекта 1 для каждого сектора. В процессе считывания двух кадров осуществляется сравнение кодов (на элементе 35 сравнения), поступающих с выхода регистра 32 и с выхода коммутатора 25. В том случае, если код на выходе коммутатора 25 больше кода на выходе регистра 32, то на выходе элемента 35 сравнения устанавливается 1, которая с задержкой, несколько большей, чем длительность тактового импульса, поступает на вход элемента И 33, на выходе которого формируется разрешающая 1 только в том случае, если код на входе дешифратора 31 больше нуля. При этом в регистр 32 через элемент ИЛИ 30 заносится код с выхода коммутатора 25, a s реверсивный счетчик 22 при этом заносится код номера сектора, так как на его вход начальной установки подается импульс с выхода элемента И 33. В результате считывания двух кадров в реверсивном счетчике 22 будет записан код номера сектора, усредненное значение освещенности в котором соответствует (3) и принимает максимальное значение из всех секторов. После считывания двух кадров, во время обратного хода кадра, на выходе элемента И 7 формируется 1. При этом код с выхода реверсивного счетчика 22 через коммутатор 17 подается на первый информационный вход коммутатора 21 и адресный вход элемента 28 ОЗУ.

По переднему фронту импульса, поступающего на вход блока 19 управляющих импульсов через элемент И 38, триггер 40 устанавливается в 1, и v тактовые импульсы через элемент И 41 поступают на счетный вход счетчика 42 и являются признаком наличия информации на выходе формирователя 3 экстремума. Наличие этого сигнала позволяет заносить информацию в вычиспитель- ный блок 4. При этом счетчик 42 пере- .водится в состояние (001) и на первом выходе дешифратора 43 будет 1, которая подается на вычитающий вход ре

версивного счетчика 22, и с выхода коммутатора 21-в вычислительный блок 4 будет считан код, соответствующий числу А . Во второй такт счетчик 42 устанавливается в состояние (010) и в соответствии с этим кодом на втором выходе дешифратора 43 будет 1м, по которой через элемент ИЛИ 45 и элемент И 46 импульс занесения поступит на суммирующий вход реверсивного счетчика 22, и в вычислительный блок 4 будет считан код, соответствующий AN. В третий такт счетчик 42 устанавливается в состояние (011), и с третьего выхода дешифратора 43 через второй выход блока 19 управляющих импульсов на второй управляющий вход коммутатора 21 поступает 1, и в вычислитель

ный блок 4 будет считан код номера сектора L, В четвертый такт счетчик 42 устанавливается в состояние (100), и с четвертого выхода дешифратора 43 1 поступает через элемент ИЛИ 45 и элемент И 46 на суммирующий вход реверсивного счетчика 22, а в вычислительный блок 4 заносится значение AN .

Одновременно с установлением счетчика в состояние (100) 1 через элемент 44 задержки с задержкой в 1 такт устанавливает счетчик 42 в состояние (000), триггер 40 - в исходное состояние, а триггер 39 - в состояние 1. При этом на первом выходе блока 19 управляющих импульсов будет 1, которая через элемент НЕ 26 выключает коммутатор 25, код на выходе которого будет нулевым. При этом также через элемент ИЛИ 29 на вход записи элемента 28 ОЗУ подается 1, которая через элемент ИЛИ 30 устанавливает регистр 32 также в нулевое состояние. Тактовые импульсы при этом подаются через элемент И 46 на суммирующий

вход реверсивного счетчика 22, осуществляя при этом многократный перебор всех адресов элемента 28 ОЗУ, в котором будет постоянно записываться нулевой код.

По окончании импульса обратного хода после считывания кадров на выходе синхронизации будет 0м, который с задержкой в один такт на элементе 36 задержки и элементе НЕ 37 устанавливает триггер 39 в исходное положение.

Непосредственно после выдачи коVr Aw

Nj A

N-u

в вычислитель, г V1Чт 1

блок ч, в нем производится вцчисление искомого угла at отклонения стрелки в соответствии с (2), С), (5) и осуществляется регистрация результата.

Блок 1 считывания, так же как и элемент 10 считывания, представляет собой телевизионную камеру на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), позволяющую обеспечить безынерционное считывание изображения трафарета, которое изменяется во времени обратного хода кадра, и, кроме того, исключает геометрические искажения при наложении изображений объекта и тра- фарета. Формула изобретенная

Устройство для определения углового положения указателя стрелочных .

приборов, содержащее блок считывания и вычислительный блок, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона достоверных измерений и области применения, оно снабжено формирователем кодовых меток, вход которого соединен с выходом синхронизации блока считывания, и формирователем экстремума, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока считывания, адресный вход, тактовый вход и вход синхронизации соединены соответственно с информационным выходом, тактовым выходом и выходом синхронизации формирователя кодовых меток, а выход соединен с входом вычислительного блока.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является расширение диапазона достоверных измерений и области применения устройства за счет определения углового положения стрелки прибора при любом значении угла от 0 до 360°С и за счет обеспечения достоверных измерений при произвольной ориентации меток на шкале прибора. Устройство содержит блок 1 считывания, формирователь 2 кодовых меток, последовательно соединенные формирователь 3 экстремума и вычислительный блок 4, информационный вход формирователя 3 экстремума соединен с одноименным выходом блока считывания, вход формирователя 2 кодовых меток - с выходом синхронизации блока считывания, а его информационный и тактовый выходы и выход синхронизации - соответственно с адресным и тактовым входами и входом синхронизации формирователя 3 экстремума. Устройство осуществляет преобразование изображения шкалы стрелочного прибора в видеосигналы путем построчного считывания, при котором формируются отсчеты изображения, соответствующие усредненному значению освещенности элемента строки. Одновременно формируются области секторов, в каждом из которых совокупности элементов строки и совокупности строк, принадлежащих K-му сектору, присваивается соответствующий номер. При этом ориентация секторов относительно растра осуществляется так, что их совокупность образует дискретную область соответствующую шкале прибора. Угловое положение стрелки прибора определяется с точностью до дискрета относительно сектора с максимальным усредненным значением освещенности и уточняется по значениям усредненной освещенности в соседних с максимумом секторах, что и обеспечивает достижение положительного эффекта. 8 ил.

fjwf ВхоЗ синхронизации тактеЛ

Фиг.3

2 Q Тактовый вход

Фиг. 5

9 2Л(Ь

Zl83ЈSl

Р Ь & &

9

c-4

% #л

Фиг. 80

Фиг. 88

ШигМ

Фиг.81

189,