СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПРОТЯЖЕННОГО ОБЪЕКТА Советский патент 1972 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к автоматическим бесконтактным измерителям скорости, иснользующим случайные флуктуации освещенности, отражаемые или излучаемые контролируемой поверхностью. Такие измерители нашли применение в авиации и в прокатном производстве.

При измерении известным способом определяют частоту изменения светового потока, отраженного от поверхности объекта и прошедшего через решетку щелевого типа.

При контроле объектов со слабо выраженными оптическими флуктуациями (такими объектами являются, в частности, изделия прокатного производства) уровень полезного сигнала оказывается недостаточно высоким и его выделение на фоне помех затрудняется, особенно в условиях прокатных цехов нри больших электрических и магнитных помехах.

Повыщение помехоустойчивости за счет уменьшения уровня помех могло бы быть обеспечено путем сокращения ширины полосы пропускания измерительных устройств, однако это несовместимо с данным способом измерения. Требуемая ширина лолосы пропуска НИН при скоростях прокатки, доходящих до 60 м/сек (имеется тенденция к их дальнейшему увеличению), и размерах оптических флуктуации порядка миллиметров или сантиметров составляет гц, что определяет

необходимую полосу пропускания устройств, реализующих известный способ.

Создапие устройства с узкой полосой пропускания потребовало разработки нового способа измерения.

Особенностью предложенного способа является то, что частоту флуктуации поддерживают -постоянной, изменяя отношение шага решетки к масштабу изображения контролируемой поверхности на плоскости решетки, значение которого принимают за выходную величину, характеризующую измеряемую скорость.

На фиг. 1 показано устройство, работающее

по известному способу измерения; на фиг. 2 и 3 - варианты устройства, реализующего предложенный способ.

Как показано па фиг. 1, при известном способе измерения участок 1 контролируемой поверхности проецируется объективом 2 на рещетку 3, а ее изобралсение объективом 4 - на фотоприемни.к 5, переменная составляющая выходного напряжения которого через фильтр-усилитель 6, как выходная величина,

ноступает на частотомер.

Если обозначить расстояние от «онтролируемой поверхности до объектива 2 через Я, сопрялсенное с ним расстояние от объектива до рещетки через 1г, скорость точки контролиния изображения этой точки по решетке через V, то h,, h -; и - у - . V НН Если обозначить шаг решетки через t, то изображение в секунду прервано « .(2) Единичный источник на контролируемой поверхности вызывает появление на выходе фильтра-усилителя 6 частоты п. Устройство, работаюш,ее по предложенному способу (фиг. 2), содержит автоматический регулятор 7 частоты, предназначенный для форми,рования управляюш,его сигнала, подаваемого на вход перестраиваемого ультразвукового генератора 8, выход которого соединен с электромеханическим преобразователем 9. Скорость движения лроката измеряют следующим образом. РассмоТ|рим простейший случай, когда на поверхности измеряемого проката находится единичная флуктуация, например светлая точка, изображение которой перемещается со скоростью w относительно щелей решетки 3. Световой поток, регистрируемый с обратной стороны решетки, изменяется с частотой п (уравнение 2). В реальных условиях, на поверхности проката имеется большое число статистически распределенных флуктуации. В этом случае световой поток, отраженный от каждой излучающей точки, после прохождения через решетку оказывается модулированным с частотой, пропорциональной скорости движения изображения проката. Вследствие этого на выходе измерительного устройства можно получить после соответствующей обработки (фильтрации фильтром высокой частоты, усиления и ограничения по амплитуде) результирующий электрический сигнал, похожий на синусоиду со случайной фазовой модуляцией. Число периодов этого сигнала за единицу времени является функцией измеряемой скорости, причем диапазон изменения частоты измерительного сигнала полностью соответствует диапазону изменения величины измеряемой скорости. В рассматриваемом случае рещетка формируется следующим образом. Сигналы с выхода ультразвукового генератора 8 поступают на электромеханический преобразователь 9, механические колебания которого возбуждают в пластинке стоячие волны. Пластинка становится оптически неоднородным телом, имеющим участки с различным коэффициентом преломления. В ней образуются темные и светлые полосы, т. е. возникает ультразвуковая рещетка, щаг которой обратно пропорционален частоте сигналов, вырабатываемых ультразвуковым генератором 8. та которого сравнивается с эталонным значением частоты, на которую настроен автоматический регулятор частоты. В случае отклоне, ния частоты от заданного значения, например в больщую сторону, частотный детектор вырабатывает управляющий сигнал со знаком « + , который воздействует на перестраиваемый ультразвуковой генератор, и генератор уменьшает частоту сигналов, поступающих на электромеханический преобразователь. При этом шаг / ультразвуковой рещетки увеличивается, что вызывает соответственное уменьшение частоты сигнала, подаваемого на вход частотного детектора. Таким образом, частота измерительного сигнала становится равной эталонной частоте, на которую настроен частотный детектор. Этот .процесс повторяют каждый раз при изменении скорости движения проката. Отсчет результата измерения производят с выхода ультразвукового генератора, поскольку частота ультразвуковых колебаний обратно пропорциональна измеряемой скорости. Изменение отношения шага решетки к масштабу изображения, осуществляемое в соответствии с измеряемой скоростью, позволяет осуществлять измерение в узкой полосе частот (практически ширина полосы пропускания определяется чувствительностью частотного детектора и может составлять единицы, десятки герц при диапазоне изменения частоты в несколько килогерц). Таким образом, уровень собственных шумов измерительной системы и шумов, обусловленных внешними помехами, может быть в данном случае на 2-3 порядка меньщим, чем при измерении но известному способу. На фиг. 3 показан другой вариант устройства, реализующего предложенный способ измерения. Здесь объектив - с переменным фокусным расстоянием, например «Рубин, подвижная система которого выполнена так, что одновременно с изменением фокусного расстояния изменяются расстояния Н и h. Наводка изображения поверхности на плоскости решетки не сбивается, решетка имеет неизменный шаг, W - серводвигатель автоматического регулятора частоты. В этом устройстве постоянство частоты поддерживается изменением масштаба изображения. Предмет изобретения Способ измерения ско,рости движения прояженного объекта путем модуляции флуктуации светового потока, воспринимаемого от бъекта решеткой, и измерения частоты моулированного потока, отличающийся тем, то, с целью повыщения отношения сигнала к уму, частоту флуктуации поддерживают потоянной, изменяя отношение шага решетки к асштабу изображения, значение которого ринимают за выходную величину, характериФиг. J

PuS 2