Устройство для измерения скорости движения объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА,содержащее объектив , пространственно-час тотный фильтр, оптически согласова ный с объективом и выполненный в в де матрицы и фотоприемников, подкл ченных выходами к инвертируиицему и неинвертирующему входам дифференци ального усилителя, и частотомер, отлй.чаю1цееся тем, что, целью повышения точности за счёт у личения соотношения сигнал/шум, в него дополнительно введены (п - 1) пространственно-частотных фильтров различных пространственных частот, отличных от частоты первого пространственно-частотного фильтра, выполненных из ( h - 1) дополнительно введенных дифференциальных усилителей , инвертирующиеи неинвертирующие входы которых с различным шагом подключены к выходам фотоприемников матрицы, а также h амплитудных детекторов , детектор максимальной амплитуды , п сравнивающих устройств, п электронных ключей и п делителей частоты , при этом выходы дифференциальных усилителей подключены через амплитудные детекторы к входу детектора максимальной амплитуды, выход которого соединен с первыми входами сравнивающих устройств, вторые выходы которых подключены к выходам амплитудных детекторов, а выход - к упра1вляющимвходам электронных ключей, основные входы которых, соединены с выходами дифференциальных усилителей, а выходь через делители частоту - с частотомером.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

NW H

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(д) С О1 Р 3/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3646830/18-10 (22) 28.09,83 (46) 15.10.84. Бюп,((38 (72) Л.-А.А.Телькснис, А.К.Дамиенайтис, А.Е.Мешкаускас и Я.10.Синюс (71) Вильнюсский ордена Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы народов государственный университет им. В.Капсукаса (53}. 531.767 (088.8) (56) l Патент США N 3519351, кл. 356-28, 1970.

2. Патент ФРГ 1(2450439, кл. С Ol Р 3/36,1976 (прототип}. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее объектив, пространственно-частотный фильтр, оптически согласованный с объективом и выполненный в виде матрицы и фотоприемников, подключенных выходами к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, и частотомер, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения, точности эа счет увеличения соотношения сигнал/шум, в него дополнительно введены (n — 1) пространственно-частотных фильтров различных пространственных частот, отличных от частоты первого пространственно-частотного фильтра, выполненных из (и — 1) дополнительно введенных дифференциальных усилителей, инвертирующие и неинвертирующие входы которых с различным шагом подключены к выходам фотоприемников матрицы, а также и амплитудных детек- торов, детектор максимальной амплитуды, и сравнивающих устройств, и электронных ключей и п делителей частоты, при этом выходы дифференциальных усилителей подключены через ам- Я плитудные детекторы к входу детектора максимальной амплитуды, выход которого соединен с первыми входами. сравнивающих устройств, вторые выходы которых подключены к выходам амп- (э

° Ф литудных детекторов, а выход — к управляющим входам электронных ключей, iaaal основные входы которых, соединенй с вы- рвов ходами дифференциальных усилителей, вв а выходы через делители частоты — с « р .частотомером. с©

1)ива

1 1 1139

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано дня .бесконтактного измерения скорости движения транспортного средства относительно поверхности перемеще5 ния °

Известны устройства с оптическими решетками для измерения скорости путем измерения частоты переменного сигнала, полученного от фотоприемниа С13 °

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения скорости движения объекта, содержащее объектив пространственно-частот1

15 ный фильтр, оптически согласованный с объективом и выполненный в виде матрицы фотоприемников, подключен.ных к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального уси20 лителя, и частотомер (23 .

Недостатком известных устройств является невысокая точность измерений скорости из-sa низкого соотношения сигнал/шум, поскольку пространственная частота пространственно-частотного фильтра в общем случае не оптимальна для размеров оптических неоднородностей, имеющихся на исследуемом объекте. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет увеличения соотношения сигнал/шум.

Поставленная цель достигается тем., что устройство для измерения скорости движения объекта, содержа- 35 щее объектив, пространственно-час;тотный фильтр, оптически согласованный с объективом и выполненный в виде матрицы и фотоприемников, подключенных выходамю к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, и частотомер, дополнительно введены (n - l) пространственно-частотных фильтров различных пространственных частот, отличных от частоты первого пространственно-частотного фильтра, выполненных из (а - 1) дополнительно введенных дифференциальных усилителей, инвертирующие и неинвертирующие вхо- 5О ды которых с различным шагом соединены с выходами фотоприемников матрицы, а также а амплитудных детекторов, детектор максимальной амплиту- . ды, и сравнивающих устройств,.п элек-$5 .тронных ключей и и делителей частоты, при этом выходы дифференциальных усилителей подключены через амплитудные

19 2 детекторы к входу детектора максимальной амплитуды, выход которого соединен с первыми входами сравнивающих устройств, вторые входы которых под- . ключены к выходам амплитудных детекторов, а выход - к управляющим входам электронных ключей, основные входы которых соединены с выходами дифференциальных усилителей, а выходы через делители частоты вЂ,с частотомером.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — участок фотоматрицы, поясняющий принцип реализации набора пространственночастотных фильтров.

Устройство содержит объектив 1, который проецирует изображение контролируемой поверхности 2 перемещения на плоскость фотоматрицы 3. Фотопреобразонатели фотоматрицы 3 подключены к входам дифференциальных усилителей 4, Выходы Усилителей 4 подклю чены к входам амплитудных детекторов 5..Выходы амплитудных детекторов 5 подключены к входам детектора

6 максимальной амплитуды и к первым входам сравнивающих устройств 7. Выход детектора 6 максимальной амплитуды подключен к вторым входам сравнивающих устройств 7, выходы которых подключены к управляющим входам электронных .ключей 8,первые входы которых соединены с выходами. усилителей

:4. Выходы электронных ключей 8 через делители 9 частоты подключены к входу частотомера 10.

Устройство работает следующим образом, Как .показано на фиг.2, выходы фотопреобразователей фотоматрицы 3 подключены к инвертирукщему (обозначены знаком. - ) и прямому (обозначены знаком +) входам дифференциальных.усилителей 4 различным способом.

Частота переменной составляющей напряжения на выходе дифференциального усилителя 4, подключенного к фотоматрице 3 по схеме фиг. 2а, равна

Й 1 К, подключенного по схеме

V ° фиг. 2б, равна 12 ° К, и на выходе усилителя 4, подключенного

7 по схеме фиг,2в p равна f 6 1 К, где V - -искомая скорость движения изображения оптических неоднороднос3 1! 18919 тей контролируемой поверхности 2 на н плоскости фотоматрицы 3; К - линей- K ный коэффициент передачИ изображения д объективом 1; d « диаметр фотопреоб- х разователя. 5

В общем случае частота переменной в составляющей напряжения на выходе с

-го дифференциального усилителя

6жк ВНИИПИ Заказ 7444/31,, Тирах. 822, Подписное

Фшлшаш ШШ "Патеаг", r.Ужгород, ул.Проектная, 4

V равна f. = — -.— — — .. К где 10

i ° 2d

1,2,..., n. Величина Я1=, †.- — К 1 2Й является пространственной частотой

-го пространственно-частотного фильтра, состоящего из объектива 1, фотопреобразователей 3 и 1 -го дифференциального усилителя 4. В зависимости от распределения пространст« венной частоты Я неоднородностей на поверхности 2 амплитуда переменной составляющей напряжения принимает максимальное значение на выходе одного иэ дифференциальных усипителей

4. Условие присутствия максимальной амплитуды переменной составляющей напряжения на выходе i --го дифферен-. циального усилителя 4 выражается зависимостью Q. Я.; .

Каждый амплитудный детектор 5 запоминает амплитуду напряжения U на выходе соответствующего дифференциального усилителя 4 ° Детектор 6 максимальной амплитуды пропускает наибольшее из поступающих на его выходы напряжение на вторые входы сравнивающих устройств 7. 35

Ha i -ом элементе 7 сравнения сравнивается максимальная амплитуда

4 апряжения 0 „ „ с амплйтудой напряения на выходе i -го амплитудного ! етектора 5 U ; . Напряжение на выоде i -го блока 7 сравнения равно

U;= U Ä - Um(n ° На улравлякицие ходы кл™ючей 8 подаются напряжения выходов блоков 7 сравнения, Таким оф>азом, переменная составляющая напряжения на выходе .i -го дифференциального усилителя 4 проходит на i-ый делитель 9 частоты s случае, если на выходе i -ro дифференциального усилителя 4 присутствует наибольшая амплитуда напряжения, . т.е. при выполнении условия Я Я;

При этом отношение сигнал/myM на выходе i -ro дифференциапьного усилителя 4 имеет максимальное значение, -ый делитель 9 частоты осуществляет деление частоты сигнала с козффи циентом деления, равным i/a где п - общее число дифференциальных усилителей 4. На вход частотомера 10 иос тупают импульсы, частота которых не зависит от номера. канала i, т.е.

Ч равна f = ---- — -- К . По частоте

2d п сигнала, поступающего на частотомер

10, однозначно определяют величину относительной скорости движения V

Таким образом, независимо от структуры оптических неоднородностей, на поверхности перемещения предлагаемое устройство для измерения скорости позволяет автоматически поддерживать в канале измерения наибольшее значение отношения сигнал/шум .