Устройство для измерения скорости движения объекта Советский патент 1991 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения скорости движения длинномерных объектов.

Цель изобретений - повышение быстродействия.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюры сигналов на выходе отдельных элементов устройства.

Устройство содержит линейный прибор с зарядовой связью (ПЗС) 1, объектив 2, через который изображение участка движущегося объекта проецируется на свето- гфиемную площадку ПЗС, генератора 3 тактовых импульсов, выход которого соединен с управляемым входом ПЗС, последовательно соединенные датчик 4 временного интервала и детектор 5 фронтов, первый RS-триггер 6, S-вход которого подключен к выходу детектора фронтов, а выход - к входу генератора 3 тактовых импульсов, усилитель 7 выходных сигналов ПЗС, подключенный к выходу ПЗС, формирователь 8 импульса Конец считывания, вход которого соединен с выходом генератора 3 тактовых импульсов, а выход - с R-входом первого RS-трмггера 6 и R-входом второго RS-тригге- ра 9, S-вход которого подключен к выходу усилителя 7, счетный триггер 10, вход которого соединен с выходом детектора 5 фронтов, первый 11 и второй 12 элементы И, первые входы которых объединены и подключены к выходу генератора 3 тактовых импульсов, вторые входы- к выходу второго RS-триггера 9, а третьи входы раздельно подключены соответственно к прямому и инверсному выходам счетного триггера 10. Устройство также содержит третий элемент И 13, первый вход которого соединен с инверсным выходом счетного триггера 10, второй вход - с выходом формирователя 8 импульса Конецсчитывания, реверсивный счетчик 14, суммирующий вход которого подключен к выходу первого элемента И 11, а вычитающий вход - к выходу второго элео

XI СЛ VI СО О

мента И 12, регистр 15 памяти, управляющий вхой которого соединен с выходом третьего элемента И 13, а вход - с выходом реверсивного счетчика 14, вычислитель 16 скорости, подключенный своим входом к выходу регистра 15 памяти, счетчик 17, вход которого соединен с выходом второго элемента И 12, блок 18 задания кеда границы поля зрения, блок 19 сравнения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока 18 задания кода и к выходу счетчика 17, блок 20 метки, управляемый вход которое соединен с выходом блока 19 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 6, 9 и 10, реверсивный счетчик 17 обнулены, сигнал с датчика 4 временного интервала отсутствует. При появлении на выходе датчика 4 импульса U4 (фиг.26) длительностью 1 с, детектор 5 фронтов по переднему фронту (момент времени ti) формирует короткий импульс Us, под действием которого первый RS-триггер 6 и счетный триггер 10 устанавливаются в единичное состояние (эпюры сигналов Ue, Uio). Установка триггера 6 в единичное состояние разрешает генератору 3 тактовых импульсов начать формировать тэктовые импульсы из, поступающие на управляемый вход ПЗС 1. Под действием этих тактовых импульсов осуществляется последовательное выталкивание на выход ПЗС зарядовых пакетов, накопленных в его ячейках. Одновременно тактовые импульсы с выхода генератора 3 поступают на первые входы трехвходовых элементов И 11 и 12 и на вход формирователя 8 импульса Конец считывания. Вследствие того, что второй RS-триггер 9 находится в это время в нулевом состоянии, тактовые импульсы через элементы И 11 и 12 на входы реверсивного счетчика 14 не проходят.

При выводе на выход ПЗС информации ячеек, на которые проецировалось изображение поверхности объекта без метки, на выходе усилителя 7 образуются импульсы U, амплитуда которых недостаточна для переключения RS-триггера 9. Когда на выход линейки ПЗС введена информация К-ячей- ки, на которую спроецировано изображение контрастной метки, на выходе усилителя 7 образуется импульс достаточной амплитуды. Под действием этого импульса триггер 9 устанавливается в единичное состояние Ug, разрешая тем самым прохождение тактовых импульсов Un через первый элемент И 11 и суммирующий вход реверсивного счетчика 14.

С приходом на вход формирователя 8 импульсов Конец считывания - п импульсов на его выходе формируется импульс Ue, который устанавливает первый б и второй 9

RS-триггеры в нулевое состояние, запрещая тем самым генератору 3 формировать тактовые импульсы. Считыззние информации с линейного ПЗС заканчивается, на выходе реверсивного счетчика 14 зафиксируется

код, соответствующий количеству ячеек линейки n-k.

С приходом на S-вход первого RS-триггера 6 короткого импульса, сформированного детектором 5 фронтов по заднему фронту

импульса, вырабатываемого датчиком 4 временного интервала (момент времени ta), работа устройства происходит аналогично описанному. Отличие состоит в том, что импульсом с выхода детектора 5 фронтов счетный триггер 10 из единичного состояния переключается з нулевое состояние и тем самым разрешает прохождение тактовых импульсов Ui2 с выхода генератора 3 через второй элемент 1/1 12 из вычитающий вход

реверсивного счетчика 14. Вследствие дчи- жения объекта в момент времени t2 метка спроецируэтся на m-ячейку ПЗС. Следовательно, .а вычитающий вход реверсивного счетчика 14 поступает пачка тактовых импульсов, количество которых равно n-m. В результате на выходе реверсивного счетчика образуется «од, соответствующий перемещению изображения метки вдоль светочувствительной площадки ПЗС от кячейки до m-ячейки за интервал времени, равный t2-ti 1 с. Этот код переписывается в регистр 15 памяти импульсом Конец считывания, поступающим с выхода формирователя 8 импульсов на управляющий вход

регистра памяти через третий элемент И 13. С выхода регистра 15 памяти код поступает в вычислитель 16 который вычисляет скорость движения объекта по формуле

(m -k)AI -Мс

45

где (m-k) - количество ячеек ПЗС, пройденных меткой вдоль светоприемной площадки за время т;

С- 1 с - измерения; AS - длина ячейки ПЗС определяется путем деления длины светоприемной площадки ПЗС на число ячеек; М0 - масштаб оптического переноса изображения рабочей поверхности объекта на светолриемную площадку ПЗС.

При достижении меткой конца границы поля зрения объектива 2 маркировочное устройство 20 устанавливает новую метку в начале границы поля зрения объектива 2. Управление блоком метки 20 осуществляется блоком 19 сравнения, на первый вход которого поступает код длины поля зрения объектива с блока 18, а не второй вход код счетчика 17, соответствующий реальному положению метки в поле зрения объектива 2.

При появлении на выходе датчика 4 вре- менного интервала следующего импульса процесс измерения скорости повторяется. Формула изобретения Устройство для измерения скорости движения объекта, содержащее объектив, в фокальной плоскости которого вдоль направления движения установлен линейный светочувствительный прибор с зарядовой связью (ПЗС), генератор тактовых импуль-- сов, выход которого соединен с входом при- бора с зарядовой связью, огличающее- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены формирователь импульсов, первый и второй RS-триггеры, счетный триггер, первый, второй и третий элементы И, реверсивный счетчик, регистр памяти, вычислитель, блок задания кода, счетчик, блок сравнения, блок метки, детектор фронтов, датчик временного интервала, выход которого поступает на детектор фронтов, а с его выхода на Т-вход счетного триггера и S-вход первого RS-триггера, Rвход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход первого RS- триггера соединен с входом генератора тактовых импульсе, , выход которого соединен с входом прибсрз с зарядной связью первыми входами первого и второго элементов И и входом формирователя импуль- соз, выход ПЗС соединен с входом усилителя, выход которого подключен к S- входу второго RS-триггера, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход второго RS-триггера соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, прямой выход счетного триггера соединен с третьим входом первого элемента И, а инверсный выход-с третьим БХОДОМ второго элемента И и первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к выходу первого элемента И, вычитающий вход - к выходу второго элемента И, з выход реверсивного счетчика соединен с первым входом регистра памяти, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, а выход - к выходу вычислителя, первый вход блока орлсненчя подключен к выходу блока задания кода, второй вход - к выходу счетчика, вход которого подключен к выходу второго элемента И, а выход блока сравнения подключен к входу блока метки.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения скорости движения длинномерных объек- тоа. Цель изобретения - повышение быстродействия. Измерение скорости длинномерного объекта производится при помощи прибора с зарядовой связью (ПЗС), объектива, фокусирующего часть поверхности объекта на ПЗС, маркировочного устройства, наносящего метки на объект, и электронных блоков, производящих обработку сигнала от ПЗС при появлении в поле изображения объектива метки и вычислении скорости ее движения за время, равное 1 с, 2 ил.

Поле зрения

1Г

Фиг.1

Положение из обр. метки