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

Ё

Использование: измерительная техника, измерение параметров прямолинейного движения. Сущность изобретения: определяют величину перемещения обьекта, соответствующего изменению выходного сигнала датчика положения с колоколооб- разной передаточной характеристикой в е раз, формируют тригонометрическую функцию, обратную координатной функции, и дифференцируют ее, а скорость определяют как произведение величины перемещения объекта на производную обратной тригонометрической функции. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения параметров прямолинейного движения, в частности, скорости объектов, а также определения за- Кйна изменения скорости объектов по траектории движения с использованием распределенного регистрирующего контура в виде разнесенных вдоль траектории движения объекта датчиков положения, например, индукционных датчиков с интегратором на выходе, при контроле движения проводников с изменяющимся по величине током.

Цель изобретения - упрощение и повышение информативности путем определения мгновенных значений скорости на участке траектории.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения скорости движения обьекта, заключающимся в измерении сигналов датчиков положения с колоколооб- раэной передаточной характеристикой установленных вдоль траектории движения, определении координатной функции R, определяют величину Se перемещения объекта, соответствующего изменению выходного сигнала датчика положения в е раз, формируют обратную тригонометрическую функцию F от координатной функции R, дифференцируют ее, а скорость v определяют как

.-

На фиг.1 показаны графики выходных сигналов lh(X), U2(X) двух датчиков Д1, Д2. расположенных вдоль траектории движения на расстоянии S друг от друга симметрично относительно выбранного начала системы координат U-X, графики разностного Ui(X)-U2(X) и суммарного Ui(X)+U2(X) сигналов датчиков Д1 и Д2, а также график

00

со ел

00

00

отношения последних в виде координатной функции:

F-(Ui(X)-U2(X)(X}fU2(X)

Каждая ветвь передаточных характеристик датчиков положения объекта, реагирующих на поле, создаваемое им, может быть описана экспоненциальной функцией. Таким образом, выходные сигналы лары датчиков, установленных вдоль траектории движения объекта при его нахождении между датчиками, могут быть описаны выражениями:

Ui(X)«U6 x ехрХ

Ua(X)Uo x ехр/-Х/,

где По - выходной сигнал датчиков при нахождении объекта в начале системы координат;

(X)/Se относительная координата положения объекта;

S(X) - текущее значение расстояния объекта от начала координат;

Se - интервал траектории, на границах которого сигнал датчика отличается в е раз.

В соответствии с этим координатная функция будет равна:

Р X - exp (-X)m F expX-fexpfc) (1)

Учитывая что

. ехр X - exp (-X) thx expX + expj-X)

. из (1) получаем, что .координатная функция F аналитически описывается функцией гиперболического тангенса

(2) Разрешая уравнение (2) относительно координаты X, получаем

X ArcthF(3) . Скорость движения объекта v может быть определена как производная расстояния S(X) по временил, т.е.:

(X)/dt (4) Учитывая, что S(X)SexX, получаем из(4)

t

x d X/dt(5) Продифференцировав относительную координату X из выражения (3) и подставив результат в (5), окончательно получим

x

dF/dt

Точность способа, как следует из фор-( мулы (6), определяется методической по- грешностью аппроксимации координатной функции F функцией гиперболического тан5 генса thX. Математическое моделирование процесса измерения скорости движения объекта на примере проводника с током показала, что погрешность такой аппроксимации составляет не более 1%, что

10 обеспечивает высокую точность определения скорости движения объекта.

Таким образом, непрерывно измеряя сигналы пары датчиков положения объекта,

- находящегося между ними, и выполняя об15 работку сигналов датчиков в соответствии с формулой (6), получаем мгновенные значения скорости как непрерывную функцию, соответствующую закону изменения скорости движения объекта.

20 На фиг.2 в качестве примера показана схема реализации предлагаемого способа измерения скорости на одном участке траектории, ограниченном двумя датчиками положения. Устройство содержит датчики

25 положения (Д) 1 и 2. подключенные через управляемые ключи (К) 3 и 4 к входам суммирующего (СУ) 5 и вычитающего (ВУ) б устройств. Управляющие входы ключей 3, 4 подключены к выходу порогового элемента

30 (ПЭ) 7, входы которого подключены к выходам датчиков 1, 2. Выходы СУ 5 и ВУ 6 подключены к входам,делительного устройства СДУ) 8, выход которого соединен с входами устройства дифференцирования (Диф)

35 9 и блока нелинейности (БН) 10. Выходы Дйф 9 и БН 10 соединены с входами устройства умножения (УУ) 11, выход которого соединен с выходом всего устройства для измерения скорости. При попадании движу40 щегося объекта в створ траектории между двумя датчиками 1 и 2, а точнее, при Подходе объекта к датчику 1, устройство запускается для измерения скорости путем воздействия на управляемые ключи 3,4 сигнала с выхода

45 сработавшего ПЭ 7 (последний срабатывает при нарастании сигнала Д1 до максимума). В результате этого управляемые ключи 3, 4 включаются, и выходы обоих датчиков 1 и 2 подключаются к схеме измерения. В СУ 5

50 вырабатывается суммарный сигнал (Ui+lte) от датчиков 1и2,авВУ6-их разностный сигнал (Ui-Ue). На выходе ДУ 8 появится сигнал отношения разностного и суммарного сигналов, представляющий собой коор55 динатную функцию

(X)-U2(X)(X)+U2(X)

Блок Диф 9 осуществляет дифференцирование по времени координатной функции и- непрерывно выдает сигнал, пропорциональный dF/dt. Кроме того сигнал F, постусиг-F2),

пает не БН 10. котором формируется си„ на/i, пропорциональный величине 1/(1 поступающий на вход УУ11. На другой вход УУ 11 с выхода Диф 9 поступает сигнал, пропорциональный dF/dt. Устанавливая масштабный коэффициент УУ 11, равный S.. получаем на выходе УУ сигнал S х (dF/dt)/(1-F2) пропорциональный текущему значению скорости v движения объекта.

Формула изобретения Способ измерения скорости движения объекта, заключающийся в измерении сиг налов датчиков положения с колоколообраэной передаточной характеристикой, установленных вдоль траектории движения, определении координатной функции R. о т личающийся тем. что. с целью упрощения и повышения информативности путем определения мгновенных значений скорости на участке траектории, определяют величину $ перемещения объекта, соответствующего изменению выходного

сигнала датчика положения в е раз. формируют обратную тригонометрическую Функцию F от координатной функции R, дифференцируют ее. в скорость v определяют как v-Se dF/dt.