Измеритель скорости движения объекта

 

Устройствоотносится к измерительной техникеи может использоваться для бесконтактного измерения скорости протяженных объектов. Цель изобретения - повьшение точности измерения скорости протяженного объекта. Протяженный объект 15 перемещается с разной скоростью в направлении от первого фотоприемника к второму и через их поля зрения проходят участки поверхностей с различной яркостью. Сигналы на выходе усилителей 3 и 4 меняются пропорционально яркости участков поверхности объекта, попадающих в поле зрения фотопри мников. Преобразование измеренной с помощью измерителя 9 временного интервала величины fct в значение скорости объекта осуществляется путем вычисления величины, обратной bt, с помощью преобразователя 14. 2 ил. g (Л fuff

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1)9) (И)

<. 1) 1 G 01 P 3/68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3778220/24-10 (22) 06.08.84 (46) 07.03.86.Бюл. N - 9 (71) Воронежский государственный университет им.Ленинского комсомола и Государственный союзный науч— но-исследовательский тракторный институт (72) М.С.Телятников, А.П.Толстобрав, В,Г.Хромых и В.А.Чулюков (53) 531.767.535(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)1" 634207, кл. G 01 P 3/36, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 502325, кл. G 01 P 3/36, 1976. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ

ОБЪЕКТА (57) Устройства относится к измерительной технике и может использоваться для бесконтактнаго измерения скорости протяженных объектов. Цель изобретения — повышение точности измерения скорости протяженного объекта. Протяженный объект 15 пере— мещается с разной скоростью в направлении от первого фотоприемника к второму и через их поля зрения проходят участки поверхностей с раз— личной яркостью. Сигналы на выходе усилителей 3 и 4 меняются пропорционально яркости участков поверхности объекта, попадающих в поле зрения фотоприемников. Преобразование изме— ренной с помощью измерителя 9 временного интервала величины t в значение скорости объекта асуществляется путем вычисления величины, обратной g t, с помощью преобразователя 14. 2 ил.

1216733!

ЗО

5О

Изобретение относится к измерительной технике и может бьггь использовано для бескантактного измерения скорости протяженных объектов, например подстилающей поверхности.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости протяженного объекта.

На фиг.l представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2зпюры сигналов на выходах отдельных элементов устройства, Устройства содержит два фотоприемника (ФП) 1 и 2, два усилителя 3 и 4, блок 5 вычитания, детектор 6 абсолютной величины, пороговое устройство 7, детектор 8 переднего фронта импульса, измеритель 9 временнога интервала, ключ 10, запоминающее устройство (ЗУ) ll, кампаратор 12, детектор 13 фронтов импульса, функциональный преобразователь !

/Х

На движущемся объекте 15 стрелкой обозначено направление его движения, 31 и 32 участки поверхности объекта, попадающие в поля зрения соответственно первого и второго по ходу движения фотоприемных каналов. Оптические оси фотоприемников 1 и 2 ориентированы так, что их поля зрения 31 и 32 соприкасаются на поверхности объекта, движущегося са скоростью V.

Выходы обоих фотоприемников 1 и 2 подключены через усилители 3 и А к входам блока 5 вычитания. Выход усилителя 3 подключен также к входу ключа 10, а выход усилителя 4 к входу кампаратора 12. На выходе блока 5 вычитания включены последовательно соединенные детектор б абсолютной величины, пороговое устройство 7 и детектор 8 перецнего фронта импуль— са, выход которого подключен к первому входу (входу пуска) измерителя 9 временного интервала„ и к управляющему входу ключа 10,, выход ключа 10 подключен к входу запоминающего устройства 11, выход которого подключен к второму входу компара— тора 12. Выход компаратора 12 через детектор 13 фронтов подключен к второму входу !входу останова) измери— теля 9 временного интервала, который подключен к функциональному преобразователю 1/Х IЙ.

Блоки и 2 являются точечными фотоприемными устройствами, -сигнал на выходе которых нропорпианапен ин-тегральной яркости участков павсрхности объекта (саогветственна 31 и

32), попадающих в папе зрения их оптических сНсТрМ, Блоки 3 и 4 явля ются линейными усилителями. Блок 5 вычитания совместно с детектором б абсолютной величины служит для фармирования сигнала, пропорциональнага абсолютной величине разности яркостей участков 31 и 32.: Пороговое устройство 7 вырабатывает сигнал логической единицы в случае, когда сигнал на его выходе превысит определенный порог. Детектор 8 переднего франта служит для формирования короткога импульса по перецнему фронту импульса, поступающего на ега вход. Запоминающее устройства 11 служит для запоминания величины аналогового сигнала, поступающего на ега вход через ключ 10 в момент поступления на управляющий вход ключа импульса с выхода детектора 8 переднего фронта. Компаратар 12 вырабатывает сигнал логическога нуля, когда сигнал на его первом входе меньше сигнала на era втором входе и сигнал логической единицы, когда сигнал на первом входе больше сигнала на втором входе. Детектор 13 фронтов служит для формирования коротких импульсов по переднему и заднему фронту импульса, поступающего с схемы 12 сравнения. Измеритель 9 временнога интервала 9 осуществляет измерение промежутка времени между импульсом, поступающим на его первый вход с детектора 8 переднего фрав.та, и импульсом, посту-пающим на erо второй вход с детектора 13 фронтов. Функциональный преобразователь предназначен для преобразования поступающей на его вход величины Х (интервал времени) в обратную величину I/Х.

Устройство работает следующим образом.

Протяженный объект 15, скорость которого изменяется, перемещается в направлении от первого фотоприемника к второму. Участки поверхности с различной яркостью поочередно проходят через поля зрения фотоприемника 1 (31) и фотоприемника

2 (32) . В результате этого сигналь! Е и Е на выходе усилите5

3 l лей 3 и 4 изменяются пропорционально яркости участков поверхности объекта, попадающих в поле зрения соот- ветствующих фотоприемников. На фиг.2а,б в качестве примера представлены эпюры возможного характера зависимостей сигналов Е и Е от времени. Сигнал E4{t) полностью повторяет ход изменения сигнала Е9(й), но отстает от него на неизвестный интервал времени, определяемый известным расстоянием между фотоприемниками 1,базой) и измеряемой скоростью V объекта. Блок 5 вычитания вместе с детектором 6 абсолютной величины осуществляет формирование сигнала E =)E > — Ewl пропорционального абсолютной величине разности яркости участков поверхности объекта. Сигнал на выходе детектора 6 абсолютной величины представлен на фиг.2в. Здесь показана величина порога Ь Е срабатывания порогового устройства 7, сигнал на выходе которого показан на фиг.2г °

Этот сигнал принимает значение ло.гической единицы, когда разность сигналов фотоприемников Е > и Е по абсолютной величине превышает величину порога дЕ. Стоящий на выходе порогового устройства 7 детектор 8 переднего фронта импульса фиксирует моменты времени (t1 t » t ) когда абсолютное значение разности сигнаЛов фотоприемников Е > и Е4 становится больше величины порога дЕ, вырабатывая в этот момент короткий импульс Й8, показанный на фиг,2д.

Так как расстояние между фотоприемниками д $ известно, это эквивалентно фиксации момента времени, когда величина /Š— Е4 /Ь$, которая приближенно равна пространственной производной яркости объекта в окрестности измеряемого участка, становится равной заданному пороговому значению д Е/Ь S. Импульс Е> (фиг. 2д) с детектора 8 переднего фронта открывает ключ 10, в результате чего в запоминающем устройстве ll запоминается сигнал E,„ (фиг.2е — сплошная линия), равный значению сигнала яркости Е> в первом по ходу движения приемном канале в момент времени t< фиксируемый детектором 8 переднего фронта. На фиг.2е пунктиром показан также сигнал Е (t), поступающий с усилителя 4 на первый вход компаратора 12, на второй вход которого

216733 4 поступает сигнал Е с выхода запоми11 нающегс устройства ll. Как показано на фиг.2ж, сигнал на выходе компаратора 12 принимает значения логической единицы, когда сигнал Е на одном его входе больше сигнала на другом его входе. Вырабатывая короткие импульсы по переднему и заднему фронтам импульса, поступающего с выхода компаратора, детектор 13 фронтов импульса фиксирует моменты времени, когда наступает равенство сигналов

Е4 и Е„ (на фиг.2 моменты tz, и, t6), т.е. когда в поле зрения фотоприемника 2 в результате движения объекта попадает участок, яркость которого измерена фотоприемником 1 в предшествующий момент времени, соответственно

Измерение промежутка времени межДУ MQMPHTBMH t< H t (t H t4 t H

t<), осуществляемое с помощью измерителя 9 временного интервала, позволяет вычислить скорость движения объекта, как отношение д $/ дt, где д $ — известное расстояние между фотоприемниками l и 2, à д, = (t(t3 t t ). Вследствие того ° что величина д$ фиксирована, преобразование измеренной с помощью блока 9 величины временного интервала д в значение скорости объекта осуществляется путем вычисления величины.обратной дС с помощью функционального преобразователя 10, выполняющего операцию 1/Х над входным сигналом Х с соответствуюшим масштабным коэффициентом.

Рассмотренный измеритель может быть выполнен на базе существующих стандартных аналоговых и цифровых элементов.

Преобразователь 1/X может быть реализован с помощью устройства деления — аналогового или цифрового, на основе нелинейноГо элемента, имеющего гиперболическую амплитудную характеристику. В случае, когда преобразуемая входная величина (интервал времени) представлена в цифровом коде, преобразователь 1/Х может быть достаточно просто выполнен в виде перекодировщика, реализованного на элементах цифровой логики или специально запрограммированного запоминающего устройства.

В качестве измерителя временного интервала может быть использован, 9 12 например, таймер, реапизованный на основе счетчика импульсов и генератора тактовых импульсов, запускаемого импульсом запуска и останавли> ваемого импульсом останова, или любое другое устройство, реализующее функцию измерения интервала времени между импульсами, поступающими на два его входа. Блок вычитания может быть реализован на базе дифференциального усилителя, детектор абсолютной величины — по схеме двухпериодного выпрямления, Запоминающее устройство с ключом на входе может быть реализовано, например, по одной из схем устройства выборкихранения.

Формула изобретения

Измеритель скорости движения объекта, содержащий два рассредоточенных вдоль траектории объекта фотоприемника с включенными на их выходах усилителями, компаратор, последовательно соединенные ключ и запоминающее устройство, подключенные к одному входу компаратора, другой

16733 вход которого подключен к выходу усилителя, соединенного с выходом второго по ходу движения фотоприемника, пороговые устройства, детектор переднего фронта импульса, последовательно подключенные к измерителю временного интервала, и включенный на выходе измерителя временного интервала функциональный пре О обраэователь о т л и ч а ю щ и й—

I с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены блок вычитания, детектор абсолютной величины и детектор фронтов

15. импульсов, при этом входы блока вычитания подключены к выходам усилителей фотоприемников, а выход через детектор абсолютной величины к входу порогового устройства, вы20 ход компаратора через детектор фронтов подключен к первому входу измерителя временных интервалов, а выход детектора переднего фронта— к второму входу измерителя времен25 ных интервалов и к входу управления ключа, вход которого подключен к выходу усилителя первого по ходу движения фотоприемника.

l216i33

Ь 4

Составитель Ю.Мручко

Редактор Г.Волкова Техред О.Ващищина Корректор И. Эрдейи

Зака» 1010/56 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4