Устройство для измерения скорости движения объекта Советский патент 1993 года по МПК G01P3/64 

(Л

С

Изобретение относится к информационно-измерительной технике. Сущность изобретения: устройство содержит датчики 1,2 мультиплексора 2. 12, блок формирования импульсов 3.2 одновибратора4,5,4 элемента задержки 6, 7,8, 19. измеритель временных интервалов 9, вычислитель 10, блок памяти 11, делитель частоты 13, дешифратор 14, элемент запрета 15, линейный фильтр 16, блок выделения признака 17, согласованный фильтр 18. элемент ИЛИ 20. 1 -2-8-16-17-9-10-11 -12-18-5-16. 17-8-4-15-20- 7-9,13-14-15-19-11,17-13-20.12-8,12-16,12- 5.13-10, 13-11, 13-12, 13-2. 15-10, 2 ил.

Vf

00

ю ю

Сл

со

Изобретение относится; к информационно-измерительной технике и может быть использовано в качестве периферийных датчиков скорости в системах управления.

Известно устройство для измерения скорости транспортного средства, содержащее два детектора (датчика), установленных вдоль Нуги движения транспортного средства и соединенных с измерителем временного интервала, первый выход которого подключен к управляющему входу пересчетной схемыг в ходом соединенной с входом управля1ощёго :тенчёратора импульсов и счетчик импульсов, причем выход, второго по ходу движения датчика подключен ко входу управляющего генератора и ко входам установки нуля переечетной схемы - ко входу счетчика импульсов.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения скорости, поскольку с помощью его можно измерять скорость лишь только на одном интернале движения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения скорости перемещения объекта, содержащее N датчиков перемещения, с формирователями импульсов на выходе. Мультиплексор, делитель частоты, измеритель временных интервалов, вычислитель, первый и второй элементы задержки, выходы N датчиков перемещения подключены к входам мультиплексора, выходы измерителя временных интервалов подключены к первым входам вычислителя, входы задания базового расстояния вычислителя между датчиками перемещения являются управляющими входами устройства, выход первого формирователя импульсов подключен к входу первого элемента задержки, первый и второй элементы ИЛИ, элемент И, триггер, генератор импульсов, второй формирователь импульсов, третий элемент задержки, счетчик, причем выходы N датчиков перемещения соединен с входом первого формирователя импульсов, выход мультиплексора соедй- нен с входом измерителя временных интервалов, входом второго элемента задержки, первым входом второго элемента ИЛИ, R- входом триггера и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, а выход с 5-входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом генератора импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход второго элемента задержки соединен с входом второго формирователя, выход которого соединен с входом стробирования

вычислителя и входом третьего элемента задержки, выход которого соединен с входами . обнуления измерителя временных интервалов и счетчика, выходы которого Соединены

со вторыми входами вычислителя, а счетный вход - с выходом генератора импульсов. Недостатком данного устройства является низкая точность измерения скорости, связанная с тем, что в данном устройстве при

0 выделении информационного сигнала для формирования старт-стопного импульса для измерения временных интервалов не учитывается скорость движения объекта,

Цель изобретения - повышение точно5 сти измерения скорости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения скорости движения объекта, содержащее датчики, блок формирования сигналов, мультиплексор,

0 измеритель временных интервалов, выходы которого соединены с входами вычислителя, первый элемент задержки, выход которого соединен с первым одновибратором, делитель частоты, выходы которого соеди5 йены с управляющими входами первого мультиплексора, второй элемент задержки, выход которого соединен с первым установочным входом измерителя временных интервалов, дополнительно введены блок

0 памяти, второй мультиплексор, дешифратор, элемент запрет, четвёртый элемент задержки сигнала, а блок формирования импульсов состоит из.согласованного и линейного фильтров, второго одновибратора и

5 третьего управляемого элемента задержки сигнала, информационный вход которого соединен с входом согласованного фильтра и с входом блока формирования импульсов, управляющие входы третьего управляемого

0 элемента задержки сигнала соединены с управляющими входами второго одновибратора, согласованного и линейного фильтра, а также с выходами второго мультиплексора, выход третьего управляемого элемента за5 держкй сигнала соединен с информационным входом линейного фильтра, вход стробирования которого через второй одно- вибратор соединены с выходом согласованного фильтра, выход Линейного фильтра

0 соединен через блок выделения признака с выходом блока формирования импульсов, выходы датчиков через первый мультиплексор соединены с входом блока формирования импульсов, вУход которого соединен с

5 входом измерителя временных интервалов, с счетным входом делителя частоты и через первый элемент задержки сигнала и первый Одноеибратор с информационным входо м элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, с входом стробирования вычислителя, а его запрещающий вход через дешифратор соединен с выходами делителя частоты, с управляющими входами вычислителя, блока памяти и второго Мультиплексора, к информационным входам которого подключены выходы блока памяти, входы которого соединены с входами устройства, вход стробирования вычислителя через элемент ИЛИ соединен с входом второго элемента задержки, а ко второму входу элемента ИЛИ подключен основной выход делителя частоты, вход стробирования вычислителя соединен через четвертый элемент задержки сигнала с входом записи блока памяти, второй установочный вход измерителя временных интервалов, установочный вход блока памяти и делителя частоты подключен к входу установки устройства в исходное состояние. Сущность предполагаемого изобретения состоит в том, что благодаря введению в предлагаемое устройство согласованного и линейного фильтра, етробируемого сигналом от согласованного фильтра повышается точность выделения информационного сигнала из входного сигнала, т.е. из смеси сигнал/шум. Введение в предлагаемое устройство управляемого элемента задержки позволило подстраивать весь блок формирования импульсов, под изменяющееся от датчика к датчику его выходного сигнала. Причем управление элементом задержки сигнала ведется обратно пропорционально величине скорости.

Структурная схема устройства приведена на фиг. 1; временная диаграмма его функционирования на фиг. 2,

Устройство содержит датчики 1, мультиплексор 2, блок формирования 3, два одно- вибратора А, 5, три элемента задержки сигнала 6, 7, 8, измеритель временных интервалов 9, вычислитель 10, блок памяти 11, второй мультиплексор 12, делитель частоты 13, дешифратор 14, элемент ЗАПРЕТ 15, линейный фильтр 16, блок выделения признака 17, согласованный фильтр 18, четвертый элемент задержки 19, элемент ИЛИ 20. Выходы датчиков 1 через мультиплексор 2, соединены с входом блока формирования импульсов 3. Выход блока формирования импульсов 3 соединен с входом измерителя временных интервалов 9, выходы которого соединены с информационными входами вычислителя 10.

/ Выходы вычислителя 10, являясь выходами устройства соединены с входами блока памяти .11, а выходы последнего через второй мультиплексор 12 соединены с управляющими входами блока формирования

импульсов 3. Управляющие входы вычислителя 10, блока памяти 11, мультиплексора 12 и дешифратора 14 соединены с информационными выходами делителя частоты 13,. 5 вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов 3 и через первый элемент задержки 6 и первый одновибратор 4 с информационным входом элемента ЗАПРЕТ 15. Запрещающий вход элемента ЗА- 0 ПРЕТ 15 соединен с выходом дешифратора 14, а выход входом стробирования вычислителя 10 и через элемент ИЛИ 20 и второй элемент задержки 7 соединен с первым установочным входом измерителя временных

0 с входом линейного фильтра 16, вход стробирования которого через второй одновибратор 5 соединен с выходом согласованного фильтра 18. Выход линейного фильтра через блок выделения признака 17 соединен с вы5 ходом блока формирования импульсов 3. . Второй установочный вход измерителя временных интервалов 9 соединен с первым, установочным входом делителя, частоты 13, блока памяти 11 и с входом установки уст0 ройства в исходное состояние. Вход стробирования вычислителя 10 через четвертый элемент задержки 19 соединен также с входом записи блока памяти 11. Основной выход делителя частоты 13 соединен со

5 вторым входом элемента ИЛИ 20. Управляющими входами линейного 16, согласованного 18 фильтров, а также с управляющими входами третьего управляемого элемента задержки 8 и с управляющими входами вто0 рого одновибратора 5.

Устройство работает следующим образом. ....... .. .

В исходном состоянии делитель частоты 13, измеритель временных интервалов 9

5 обнулены, а в блок памяти 11 во все ячейки занесены нули, а в нулевую ячейку блока памяти занесено минимальное значение скорости, которое может быть достигнуто объектом на первом участке разгона, то есть

0 до датчика Д1 Объект находится на стартовой площадке в начале первого интервала разгона. При появлении объекта в рабочей области первого датчика Д1 на его выходе . сформируется сигнал, который пройдя че5 рез мультиплексор 2 поступает на вход блока формирования импульса 3. Этот сигнал поступает на вход согласованного фильтра 18. При этом структура этого фильтра такова, что при прохождении через него сигнала, все его гармоники сдвигаются в его

конец, где и суммируются. При этом повышается отношение сигнал/шум, т.е. при исследовании входной смеси сигнал/шум согласованным фильтром 18 определяется наличие информационного сигнала (он со- гласовангС этим сигналом) с максимальной вероятностью. Второй одновибратор 5 формирует при этом стробирующий сигнал для линейного фильтра 16, который при этом начинает анализировать входную смесь сиг- нал/шум для выделения из него информационного сигнала. При этом на вход линейного фильтра 16 поступает начало информационного сигнала. При этом на вход линейного фильтра 16 поступает начало информационного сигнала, который обнаружен в смеси сигнал/шум.

Линейный фильтр 16 представляет собой фильтр, обеспечивающий выделение сигнала из смеси сигнал/шум с минимальной погрешностью (см. там же стр. 234-245 или В.И.Тихонов Статистическая радиотехника. М. Радио и связь). Эти фильтры могут быть как цифровыми, так и аналогового типа. Лримером такого фильтра может быть фильтр Калмана, который широко используется для целей выделения информационного сигнала из смеси сигнал/шум с минимально среднеквадратической погрешностью. Реализация согласованных и линейных фильтров может быть произведена на базе стандартных фильтров. Выделенный линейным фильтром 16 информационный сигнал от объекта поступает на вход блока выделения признака 17, который формирует прямоугольный импульс регистрации объекта. В качестве импульса регистрации объекта может быть выбран максимум сигнала, (тогда блок выделения признака это устройство выделения максимума), либо какой-то промежуточный уровень сигнала (в этом случае устройством выделения Является компаратор с соответствующей установкой). Сформированный блоком формирования импульса 3 сигнал запускает Измеритель временных интервалов 9 на измерение временного интервала между Йтй|5тгнЬтОН:Нымй йМпульсйми от датчиков 1. Одновременно делитель частоты 13 переходит в следующее для него счетное состояние. При этом в вычислителе 10 выбй- раеҐсй СЬотве тВуйщеё расс1-ойнйё между датчиками 1, которое занесено в память вычислителя предварительно. Для первого срабатывания блока формирования импульсов (от Первого датчика 1) это расстояние равно нулю. Поэтому расстояние ASi за носится в память вычислителя 10 со второго элемента его памяти (внутренней). При состоянии делителя частоты 13 более 1 дешифратор 14 (дешифратор 1) формирует нулевой уровень и через элемент ЗАПРЕТ

15 проходят импульсы сформированные из старт-стопных сигналов блока формирования импульсов 3. Этот сигнал задерживается первым элементом задержки сигнала 6 и формируется первым одновибратором А таким образом, чтобы сигнал сформированный одновибратором 14 (сигнал наличия 1 состояния делителя частоты 13) надежно его блокировал на элементе ЗАПРЕТ 15.

Таким образом, в вычислитель 10с выходов измерителя временных интервалов 9 перепишется набранный код измерителя временных интервалов со второго датчика (элемент ЗАПРЕТ 15 пропустит лишь только 2-ой, 3-ий ... импульсы). Сигнал стробирования (записи) вычислителя 10, задержанный вторым элементом задержки 7 сбросит измеритель временных интерваловЭ после надежной записи кода Ati с измерителя временных интервалов 9.в вычислитель 10.

Вычислитель 10 произведет расчет значения скорости по формуле

М

ДтГ .. Полученный результат скорости vi записывается в блок памяти 11 в соответствующую ячейку памяти по сигналу записи, полученному путем задержки сигнала стро- бирования вычислителя 10 на четвертом элементе задержки сигнала стробирования

вычислителя 10 на четвертом элементе задержки 19, При этом второй мультиплексор 12 подключает элемент памяти блока памяти 11 к управляющим входам блока формирования импульсов. При этом в зависимости

от результата скорости vi обратно пропорционально изменяется задержка элемента 8

и также временные параметры согласованного и линейного фильтра 1 б, 18, таким образом, что они подстраиваются для

выделения нового сигнала, который поступит со следующего датчика 1 на выделение информационного признака.

Vi

.Формула изобретения Устройство для измерения скорости движения объекта, содержащее датчики, блок формирования сигналов, мультиплексор, измеритель временных интервалов, вы- ходы которого соединены с входами вычислителя, первый элемент задержки, выход которого соединен с первым одновибра- тором, делитель частоты, выходы которого соединены с управляющими входами пер- вого мультиплексора, элемент ИЛИ, второй элемент задержки, выход которого соединен с первым установочным входом измерителя временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены блок памяти, второй мультиплексор, дешифратор, элемент ЗАПРЕТ, четвертый элемент задержки сигнала, а блок форми рова ни я импульсов состоит из согласованного и линей- ного фильтров, второго одновибратора и третьего управляемого элемента задержки сигнала, информационный вход которого соединен с входом согласованного фильтра и с входом блока формирования импульсов. управляющие входы третьего управляемого элемента задержки сигнала и второго одно- вибратора соединены с управляющими входами согласованного и линейного фильтров, а также с выходами второго мультиплексо- ра, выход третьего управляемого элемента задержки сигнала соединен с информационным входом линейного фильтра, вход стробирования которого через второй одно- вибратор соединен с выходом согласованного фильтра, выход линейного фильтра соединен через блок выделения признака с выходом блока формирования импульсов, выходы датчиков через первый мультиплексор соединены входом блока формирования импульсов, выход которого соединен с входом измерителя временных интервалов, со счетным входом делителя частоты и через первый элемент задержки и первый одно- вибратор с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, с входом стробирования вычислителя, а запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ через дешифратор соединен с выходами делителя частоты, с управляющими входами вычислителя, блока памяти и второго мультиплексора, к информационным входам которого подключены выходы блока памяти, входы которого соединены с выходами устройства, основной выход делителя частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ. вход стро- бирования вычислителя соединен через четвертый элемент задержки сигнала с входом записи блока памяти, второй установочный вход измерителя временныхинтервалов, установочный вход блока памяти и делителя частоты соединены с входом установки устройства в исходное состояние.