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

о:

00

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в металлургии, целлюлозно-бумажной, кабельной и других отраслях промышленности. Лазерное излучение формирует на поверхности движущегося объекта измерительную область. Рассеянное излучение с помощью приемной оптической системы поступает в фотоприемник, с выхода которого счетчик поступает в блок обработки, выход которого подключен к блоку вычисления и регистрации скорости и к счетному входу вычислителя длины объекта, к стробирующему входу которого подключен вход оптико-электронного формирователя строб-сигнала, формирующего импульсы в момент движения объекта. Блок обработки сигнала содержит фильтр, выход которого подключен к первому входу детектора частотного рассогласования, выход которого через масштабный усилитель подключен к управляемому генератору, выход которого, являющийся выходом обработки счетчика, через делитель частоты подключен к второму входу детектора частотного рассогласования. Коэффициент передачи делителя частоты установлен обратно пропорциональным коэффициенту усиления усилителя. Цель изобретения - повышение точности измерения при расширении диапазона измеряемой длины объекта в сторону его нижнего предела. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения и длины светорассеивающего объекта

Цель изобретения - повышение точности измерений при расширении диапазона измеряемой длины объекта. На чертеже представлена схема устройства о

Устройство содержит лазер 1, оптическую формирующую систему 2, приемную Ьптическую систему 3, фотоприемник 4, частотный фильтр 5, блок обработки сигнала, содержащий детектор б частотного рассогласования, генератор 7, управляемьш напряжением (ГУН), блок вычисления и регистрации скорости, содержащий, например, частотно- аналоговый преобразователь 8, цифровой частотомер 9, блок вычисления длины, например стробируемый счетчик 10, формирователь 11 стробирующего сигнала, В устройство введен также делитель 12 частоты. Выход делителя частоты подключен к второму входу детектора частотного рассогласования, а выход формирователя стробирующего сигнала - к входу стробирования счетчи- ка 10с, Между выходом детектора частот Його рассогласования и входом генератора, управляемого напряжением, включен масштабный усилитель 13 с коэффициентом усиления, обратным коэффици- енту преобразования частоты ГУНа делителем частотыо

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 проходит через оптическую формирующую систему 2 и образует на исследуемом объекте зондирующее оптическое поле с известным периодом узкополосной пространственно-частотной структуры Рассеянный свет собирается приемной оптической системой 3 и попадает на фотоприемник 4,где преобразуется в электрический сигнало После подавления аддитивных шумов фильтром 5 сигнал подается на первый вход детектора 6 частотного рассогласования, с выхода детектора через масштабный усилитель - на вход ГУНа 7, с выхода которого сигнал пос- тупает на входы частотно-аналогового .преобразователя 8, цифровбго частотомера 9, стробируемого счетчика 10 и делителя 12,

В случае, если частоты сигналов на

40

45

двух входах детектора частотного рассогласования отличаются, на его выходе появляется сигнал, изменяющий частоту ГУНа до достижения равенства частот на входах. Частота ГУНа поступает на частотно-аналоговый преобразователь, который формирует аналоговый сигнал, пропорциональный скорости движения объекта Цифровой частотомер измеряет частоту ГУНа с заданным коэффициентом пересчета, пропорциональ- ным А , .и вырабатывает цифровой код, соответствующий средней скорости объекта, Стробируемый счетчик интегрирует t коэффициентом пропорциональности 1/А частоту ГУНа, которая про- порциональна скорости объекта (V), Формирователь стробирующего сигнала вырабатьшает сигнал, соответствующей

началу и концу отсчета длины поверхности движущегося объекта.

Пусть делитель частоты умножает частоту ГУНа на коэффициент 1/N, Тогда, для сигнала на выходе детектора разностной частоты имеют

Д f, - (Nf - f,) -1-, (1)

Петля обратной связи подстраивает частоту ГУНа к величине Nf, следовательно, на 1 период частоты входного сигнала будет приходиться N периодов сигнала с выхода ГУНа, Соотношения, ограничивающие нижний предел измеряемой с заданной относительной погрешностью длины L , принимают вид

V2

Nfrb

6

(2)

или

-ywwH

Nf

(3)

где V - масштабный калибровочный коэффициент измерителя.

Например, для 43120 Гц/м/с, 0,2%, N 100, 0,057 м.

Таким образом, минимальная измеряемая длина при заданной относительной погрешности и прочих равных условиях для предлагаемого устройства оказывается в N раз меньшая, в прототипе. Изменение частоты ГУНа в N раз при фиксированном диапазоне Л.,- изменяет динамический диапазон измеряемых

1/N раз

частот сигнала uf в

ufc uf/

Jl N

(4)

Преобразовав (1) с учетом (3) и (4), получают соотношение

у ff

.

(5)

Задавая три параметра из четырех (IE-, L,H ,у,5), четвертый можно

определить из соотношения (5),

Введение делителя частоты ГУНа изменяет коэффициент передачи по ошибке в петле обратной связи и приводит к изменению быстродействия (полосы пропускания) измерительной системы. Так, деление частоты ГУНа в N раз

приводит к уменьшению коэффициента передачи по ошибке и уменьшению быстродействия в A.N раз, Для компенсации этих эффектов мелду выходом детектора частотного рассогласования и входом ГУН введено прбпорциональное звено (масштабньш усилитель) с коэффициентом передачи, обратным коэффициенту преобразования частоты ГУНа, В случае деления частоты ГУНа на N, коэффициент усиления выбирается равным No При этом выходной сигнал детектора частотного рассогласования приводится к величине

и (Nfc- fr) r N

Nfс гТаким образом, введение пропорционального прео азователя (делителя) частоты ГУНа и соответствующего масштабного усилителя в петле обратной связи позволяет выбирать необходимый динамический диапазон длин и скоростей, измеряемых с заданными погрешностью и быстродействием. Формула изобретения

Устройство для измерения скорости и длины объекта, содержащее лазер.

15

оптически согласованную с ним оптическую формирующую систему, приемную оптическую систему и фотоприемник, выход g которого подключен к блоку обработки сигнала, состоящему из фильтра, подключенного к первому входу детектора частотного рассогласования, управляемого генератора, выход которого, 10 являющийся выходом блока обработки сигнала, подключен к блоку вычисления и регистрации скорости и к счетному входу блока вычисления длины обьекта, к стробирующему входу которого подключен оптико-злектронный формирователь строб-сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при расширении диапазона измеряемой длины объекта, введены делитель частоты и усилитель с коэффициентом усиления, обратно пропорциональным коэффициенту передачи делителя частоты, при этом усилитель включен меаду выходом детектора частотного рассогласования и входом управляемого генератора, а делитель частоты подключен между выходом управляемого генератора и вторым входом детектора частотного рас- 30 согласования.

20

25