Устройство для измерения скорости протяженного объекта Советский патент 1990 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быт использовано для измерения скорости движения протяженных объектов со случайной яркостной структурой, например поверхности Земли с борта летательного аппарата, поверхности металлического проката, бумажной ленты в бумагоделательной промышленности, сыпучих материалов и т.д.

Целью изобретения является повыше ние помехоустойчивости измерений и расширение функциональных возможностей за счет дополнительного измерени второй компоненты скорости объекта.

На фиг. 1 и 2 изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит приемные объетивы 1-4, радиальный вращающийся растр-модулятор 5, четыре конденсора 6-9, четыре фотоприемника 10 - 13, двигатель 14, приводящий во вращение радиальный растр-модулятор 5, полосовые фильтры-усилители 15 - 18, четыре блока 19-22 первичной обработки сигнала, включающих систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с перестраиваемым гетеродином (ПГ) и обнаружитель сигнала, опорный генератор 23, четыре блока 24 - 27 вычитания частот, блоки 28 и 29 сравнения частоты, блоки 30 и 31 управления коррекцией измерения, пятый и шестой блоки 32 и 33 вычитания частот, блок 34 вычисления отношения частот, сум

0

0

,

5

0

5

матор 35 частот, седьмой блок 36 вычитания частот и регистратор (не показан) .

Устройство работает следующим образом.

Объективами 1 - 4 формируются изображения различных участков осве- (енной поверхности в четырех различных точках, расположенных под углами 90 друг к другу на одинаковом расстоянии от оси вращения растра 5, приводимого во вращение двигателем 14. Промодулированный поток отраженного от поверхности излучения, глубина модуляции которого зависит от соотношения размеров изображения оптических неоднородностей на подстилающей поверхности и шага растра, переносится с помощью конденсоров 6 - 9 на фотоприемники 10 - 13, где преобразуется в электрические сигналы. Частота модуляции фототока на выходе фотоприемников будет определяться скоростью вращения растра-анализатора, скоростью и направлением движения изображения поверхности.

Распределение неоднородностей на оптически неоднородной поверхности подчиняется случайному закону. Поэтому на выходах фотоприемников будут появляться электрические сигналы, модулированные по частоте, амплитуды которых также подчиняются случайному закону распределения. Для измерения одной компоненты скорости достато«

515433

наличия двух .фотоприемников, например фотоприемников 11 и 13, благодаря чему вероятность одновременного пропадания сигналов на выходах фотоприемников значительно уменьшается. Каждый фотоприсмник согласован с поверхностью собственным приемным объективом, например объективом 4 или 1.

Сигналы с выходов фотоприемников

поступают на полосовые фильтры-усилители 15 - 18, где осуществляется усиление и фильтрация сигналов от аддитивных помех, вызванных низкочастотными флуктуациями освещенности.

Тракт электронной обработки сигналов изображен на фиг. 2.

Электрические сигналы с выходов первой пары фотоприемников 13 и 11 после фильтрации и полосового усиле- ния в блоках 17 и 18 поступают на вход соответственно первого и второго блоков 21 и 22 первичной обработки сигнала (БПОС). Каждый БИОС содержит систему ФА11Ч с перестраиваемым гетеродином (ПГ), выход которого является информационным выходом БПОС, и обнаружитель сигнала. Обнаружитель сигнала выполняется, например, по стандартной схеме, включающей фазовый детектор (ФД) и фазовращатель, выход которого подключен к первому входу оД, а вход - к выходу ПГ, вход которого, в свою очередь, соединен с вторым входом ФД. На выходе ФД, являющемся выходом обнаружителя, формирует ся сигнал, отражающий наличие или отсутствие информативного сигнала на входе ЫЮС.

Аналогичным образом обрабатываются электрические сигналы второй пары фотоприемников 10 и 12, поступающие через фильтры-усилители 15 и 16 в БПОС 19 и 20.

При перемещении изображения поверх ности под углом 45° к осям, соединяющим фотоприемники 11,13 и 10,12, на выходах фотоприемников 10 и 12 формируются сигналы, отличающиеся друг от друга знаком приращения. При тех на- правлениях вращения растра-модулятора и движения изображения, которые указаны на фиг. 1, частоты сигналов имеют следующий вид:

fio fc+Af, ; (О

fn f0-&f,,

(2)

где fQ - частота опорного генератора 23, соответствующая скорости вращения модулятора 5;

476

At, - приращение частоты на выходах фотоприемников 10 и 12, вызванное перемещением объекта.

Для фотоприемников 11 и 13: f,,f0 + ifi; (3)

f „ fn-uf, ,

(4)

,

0 5 п

Q

г

5

где At - приращение частоты на выходах фотоприемников 11 и 13, вызванное перемещением объекта.

В БПОС частота ПГ отслеживает в соответствии с (1), (2), (3) и (4) частоту входного сигнала.

Опорный генератор 23 вырабатывает сигнал опорной частоты f0, относительно которой выделяются приращения частот &f , и &Ј.

Вычитание частот подстраиваемых генераторов в блоках 32 и 33 вычитания соответственно дает информацию о скорости движения поверхности;

fe + &f«-f,+bf,2uf, ; (5)

. (6)

Вычисление отношения частот (5) и (6) блоком 34 дает информацию о тангенсе угла бокового скоса. Вычитание частот (5) и (6) между собой блоком 36 дает информацию о величине боковой составляющей. Суммирование частот (5) и (6) блоком 35 дает информацию о продольной составляющей скорости, что расширяет функциональные возможности устройства.

/Для повышения помехоустойчивости измерений в устройстве предусмотрена коррекция частот ПГ в каждом из четырех БПОС путем подстройки его частоты выходными сигналами блоков 30 и 31 управления коррекцией.

Сигналы с выходов обнаружителей поступают на управляющие входы блоков 30 и 31 управления коррекцией. Этими блоками осуществляется коммутация входных сигналов, выделяемых блоками 28 и 29 сравнения частот на соответствующие входы подстраиваемых генераторов БПОС 19 - 22. Если сигналы на выходах блоков 28 и 29 сравнения частот равны нулю, это свидетельствует о том, что на выходе блоков 24,25 и 26,27 вычитания частот сигналы равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Это означает, что нет сбоев в работе подстраиваемых генераторов.

Если частотные приращения fcf, на выходе блоков 24 и 25 вычитания или частотные приращения &f на выходе блоков 26 и 27 вычитания различны, блок сравнения вырабатывает сигнал, поступающий через блок 30 или 31 управления коррекцией на управляющий вход соответствующего ИГ, изменяя частоту ИГ до равенства сигналов на входе блока сравнения частот.

Таким образом, при наличии информативного оптического сигнала устройство осуществляет непрерывное измерение частот с помощью системы ФАПЧ и коррекцию авто- подстройки с помощью блоков 30 и 31, упраляемых сигналами обнаружителей. Формула изобретения

Устройство для измерения скорости протяженного объекта, содержащее оп- тически согласованные первый объектив, анализатор изображения в виде радиального растра-модулятора со лтрихами, первый и второй фотоприемники, расположенные за диаметрально противоположными участками осесиммет- ричного растра-модулятора и подключенные выходами соответственно к входам первого и второго полосовых фильт

ров-усилителей, генератор опорной

частоты, блок сравнения частот, первый и второй блоки вычитания частот, первые входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, а выходы - к входам блока сравнения, и ре гистратор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения второй компоненты скорости объекта, угла его сноса и по вышения помехоустойчивости, оно снабжено вторым, третьим и четвертым объективами, третьим и четвертый фотоприемниками, третьим и четвертым полосовыми фильтрами-усилителями, четырьмя блоками первичной обработки сигнала, содержащими каждый систему фазовой автоподстройки частоты с перестраиваемым гетеродином и обнаружитель сигнала, блоками управления коррекцией автоподстройки частоты, вторым блоком сравнения частот, третьим - седьмым блоками вычитания частот, блоком вычисления отношения частот, блоком суммирования частот, при этом первый - четвертый объективы установлены соосно с первым - четвертым фотоприемниками соответственно, третий и четвертый фотоприемники располо-Q

50

5

0

5 0 5 0 5

жены за диаметрально противоположными участками растра-модулятора в плоскости, ортогональной плоскости установки первой пары объективов и фотоприемников, и подключены выходами к входам соответственно третьего и четвертого полосовых фильтров-усилителей, причем выходы первого - четвертого полосовых фильтров-усилителей подключены к входам соответственно первого - четвертого блоков первичной обработки сигнала, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого - пятого блоков вычитания частот, выходы первого и второго блоков первичной обработки сигнала подключены к входам третьего блока вычитания частот, выходы третьего и четвертого блоков первичной обработки сигнала подключены к входам шестого блока вычитания частот, при этом первые входы четвертого и пятого блоков вычитания частот соединены с выходом генератора опорной частоты, выходы обнаружителей сигнала в первом и втором блоках первичной обработки сигнала - с управляющими входами первого блока управления коррекцией автоподстройки частот, а выходы обнаружителей сигнала в третьем и четвертом блоках первичной обработки сигнала - с управляющими входами второго блока управления коррекцией автоподстройки частоты, первый и второй выходы первого блока управления коррекцией автоподстройки частоты соединены соответственно с управляющим входом перестраиваемого гетеродина в первом и втором блоках первичной обработки сигнала, а первый и второй выходы второго блока управления коррекцией автоподстройки частоты - с управляющими входом перестраиваемого гетеродина в третьем и четвертом блоках первичной обработки сигнала, выходы четвертого и пятого блоков вычитания частоты подключены к входам второго блока сравнения частот, выходы первого и второго блоков сравнения частот - к информационным входам соответственно первого и второго блоков управления коррекцией автоподстройки частоты, при этом выходы третьего и шестого блоков вычитания частоты подключены параллельно на входы блока вычитания отношения частот, седьмого блока вычитания частот и блока суммирования частот, выходы которых подключены к регистратору.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости перемещения объекта относительно подстилающей отражающей поверхности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения второй компоненты скорости объекта. Объективами формируются изображения различных участков освещенной поверхности в четырех различных точках, расположенных под углами 90°С друг к другу на одинаковом расстоянии от оси вращения растра-модулятора. Оптический сигнал преобразовывается в электрический фотоприемниками, с выходов которых после полосовой фильтрации и усиления сигнал поступает в блоки 19-22 первичной обработки сигнала (БПОС). Каждый БПОС содержит систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с перестраиваемым гетеродином (ПГ) и обнаружитель сигнала. Выходные сигналы ФАПЧ БПОС 19-22 соответственно поступают на вторые входы блоков 24-27 вычитания частот, на первые входы которых подается сигнал опорной частоты генератора 23. С выходов блоков 24 и 25 сигналы поступают на входы блока 28 сравнения частот, а с выходов блоков 26 и 27 - на входы блока 29 сравнения. Для повышения помехоустойчивости измерений введены блоки управления коррекцией частоты перестраиваемых гетеродинов в системах ФАПЧ. Сигнал рассогласования с выходов блоков 28 и 29 поступает через блоки управления коррекцией на один из входов ПГ. Информацию о необходимости подстройки ПГ несут управляющие

московский институт электронного машиностроения

институт проблем управлениядымшиц раиса марковна

пчельников юрий никитич

совлуков александр сергеевич

яворский марк анатольевич+4793966

+2068851

+0229531метноD oF меаSURING VеLосIтY oF FLoW oF DIеLестRIс SUвSтаNсе11 125206 москва, пр-д соломенной сторожки 12 вниипигидротрубопровод11 129075 москва, мурманский пр. 16-10

11 103009 москва, горького 4-115

11 105318 москва, измайло

Редактор А.Лежнина

Составитель А.Тимофеев

Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Заказ 398

Тираж 457

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное