Устройство для счета движущихся объектов

 

Изобретение относится к средствам учета объектов, движущихся в полупроводящих и водных средах. Устройство помимо подсчета числа объектов обеспечивает измерение скорости их движения в зоне контроля датчиков 5 и 6. Датчики выполнены в виде системы электродов и управляются импульсами, поступаюгцими с генератора 1 импульсов через регистр 2 сдвига и преобразователи 3 и 4 напряжения в ток. Обработка сигналов с датчиков обеспечивается двумя каналами контроля. Каждый канал выполнен из последовательно соединенных усилителя , блока умножения, фильтра низких частот, делителя напряжения, дифференцирующего элемента и компаратора . Несовпадение выходных импульсов каналов контроля отражает наличие предмета в зоне контроля датчиков . Элемент 19 неравнозначности формирует импульс длительностью, равной времени прохождения; объектом за- . данного отрезка пути. Указанное время формируется путем интегрирования сигнала с генератора 21 тока через ключ 22 в интеграторе 23. Преобразование времени движения в скорость осуществляется преобразователем 24 напряжения в частоту. Полученное значение скорости отражается индикатором 25. 3 ил. I (Л с ю 00 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

egg Я0 ЯКА

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ, ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 38! 1669/24-24 (22) 29.10.84 (46) 15.03.86.Бюл. 11- - 10 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (72) А.М.Широков, А.И.Бондарчук, Е.Я.Лукашик, Н.Б.Киреев и В.Ф.Жарков (53) 621.374.32(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1040498, кл. G 06 M 11/02, !981.

Авторское свидетельство СССР

1! 1012292, кл. С 06 M 11/02, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧЕТА ДВИЖУЩИХСЯ

ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к средствам учета объектов, движущихся в полупроводящих и водных средах. Устройство помимо подсчета числа объектов обеспечивает измерение скорости их движения в зоне контроля датчиков 5 и 6. Датчики выполнены в виде системы электродов и управляются импульсами, поступающими с генерато,Л0„„1218410 A дц 4 G 06 M 11/02 ра 1 импульсов через регистр 2 сдвига и преобразователи 3 и 4 напряжения в ток. Обработка сигналов с датчиков обеспечивается двумя каналами контроля. Каждый канал выполнен из последовательно соединенных усилителя, блока умножения, фильтра низких частот, делителя напряжения, дифференцирующего элемента и компаратора. Несовпадение выходных импульсов каналов контроля отражает кали" чие предмета в зоне контроля датчиков. Элемент 19 неравнозначности формирует импульс длительностью, равной времени прохождения, объектом за-, данного отрезка пути. Указанное время формируется путем интегрирования сигнала с генератора 21 тока через ключ 22 в интеграторе 23. Преобразование времени движения в скорость осуществляется преобразователем 24 напряжения в частоту. Полученное зна чение скорости отражается индикатором 25. 3 ил.

18410 2

I 12

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, основанных на использовании свойств физических полей, в частности к электронно-счетно-регистрирующим устройствам, устройствам измерения скорости движения и может быть использовано с преимуществом в полупроводящих и водных средах для контроля движущихся объектов живой и неживой природы, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, путем измерения скорости объектов.

На фиг.1 пдказана функциональная схема устройства (пунктиром выделены первый и второй каналы контроля); на фиг,2 и 3 — эпюры напряжений на выходах элементов схемы.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, регистр 2 сдвига, первый и второй преобразователи 3 и 4 напряжения в ток, первый и второй датчики 5 и 6, первый и второй усилители 7 и 8, первый и второй блоки

9 и 10 умножения, первый и второй фильтры 11 и 12 нижних частот, первый и второй делители 13 и 14 напряжения, первый и второй дифференцирующие элементы 15 и 16, первый и второй компараторы 17 и 18, элемент 19 неравноэначности, регистратор 20, генератор 21 тока, ключ 22, интегратор 23, преобразователь 24 напряжения в частоту, индикатор 25.

Элементы 3,5, 7,9,11,13,15 и 17 относятся к первому каналу контроля, а элементы 4,6,8,10,12,14,16 и 18 ко второму каналу контроля.

Электроды первого и второго датчиков 5 и 6, выполненные в виде проводящих стержней, могут быть одинаковой длины и сгруппированы по парам.

Ксли в вершинах плоского прямоугольника восстановить перпендикуляры к плоскости, то перпендикулярам соответствует расположение двух пар протяженных электродов в пространстве, причем меньшей стороне прямоугольника соответствует расстояние между парами электродов, которое выбирается из условия менее 20-й части длины объекта. Большая сторона прямоугольника определяет расстояние между электродами в каждой из пар, Это расстояние выбирается, с одной стороны, чтобы межцу электродами прошел объект, с другой, чтобы выполнялось условие образования квазистатического плоскопараллельного поля между электродами в каждой паре при подаче на них переменного напряжения, расстояние между электродами в каждой паре должно быть значительно меньше длины волны сигнала, имеющего наибольшую из частот °

Генератор 1 служит для создания импульсного напряжения прямоугольной формы. Может быть использован стандартный генератор, например, дпя счета объектов в воде — низкочастотный генератор, либо мультивибратор, выполненный на микросхемах.

Нижняя частота импульсного сигнала генератора должна быть в два-три ра за выше максимально возможной. радиальной скорости прохождения объектом промежутка между электродами, а верх няя частота определяется условиями затухания сигнала в донной среде. На пример, для соленой воды рекомендуются частоты следования импульсов

5-10 кГц при использовании системы для контроля движущихся рыб, Регистр 2 сдвига предназначен для обеспечения поочередной выдачи прямоугольных импульсов в первый и второй каналы контроля с первых выходов так, чтобы эти импульсы не перекрывались во время процесса измерения на электродах датчиков 5 и 6.

На вторых выходах регистра 2 сдвига формируются импульсы, ортогональные к импульсам первых ныходов, т.е. регистр сдвига обеспечивает формирование четь ех ортогональных между собой импульсных сигналон, что позволяет раэнязать по электрическому полю токов измерительные каналы на парах электродов датчиков 5 и 6 и обеспечить нормальную работу блоков

9 и 10, работающих в аналоговой форме ° Ортогональность сигналов может быть получена, например, путем смещения соответствующих импульсов на

1/2 такта.

Преобразователи 3 и 4 напряжения в ток предназначены дпя обеспечения большого выходного сопротивления, что обеспечивает повышенную чувствительность системы по напряжению к колебаниям нагрузки на электродах

Ф датчиков 5 и 6 в соответствующих каналах. Преобразователи 3 и 4 напряжения в ток могут быть выполнены на операционных усилителях.

Пары электродов датчиков 5 и 6 служат для создания в зоне контроля

1218410 4

55 двух квазистатических плоскопараллельных полей на пути прохождения объектов. К каждой паре электродов, лежащих в одной плоскости, можно условно восстановить к плоскости ось симметрии. Оптимальную пространственную ориентацию и расположение электродов можно представить следующим образом..К каждой паре параллельных электродов, лежащих в одной плоскос ти, можно восстановить перпендикулярно к плоскости ось симметрии. В пространстве оси симметрии обеих пар электродов совпадают и ориентированы по направлению движения объектов, а сами электроды должны быть строго параллельны друг другу также между парами.. Такое расположение электродных пар можно определить как установление пар электродов в пространстве параллельно и соосно. В качестве электродов могут быть использованы провода, трубы, протяженные пластины с произвольным изгибом по своей длине.

Усилители 7 и 8 предназначены для усиления сигналов по напряжению, возникающих на электродах датчиков

5 и 6, например, при прохождении объекта между электродами каждой пары.

Блоки 9 и 10 умножения используются для выделения информационного сигнала, возникающего в случае изменения импеданса междy электродами за счет проходящего объекта.

Фильтры 11 и 12 нижних частот служат для выделения и формирования низкочастотных информационных сигналов. Постоянная времени фильтров выбирается, например, такой, чтобы усреднить величины импульсных напряжений, поступающих с соответствующих выходов перемножителей, т.е. чтобы преобразовать импульсные информационные сигналы в непрерывный сигнал. Фильры 11 и 12 нижних частот могут быть, например, фильтрами

Чебьппева 6-ro порядка с неравномерностью в полосе пропускания 3 дБ.

Делители 13 и 14 напряжения предназначены для регулировки амплитуд сигналов в каналах контроля так, например, чтобы сигналы, поступающие с выходов фильтров нижних частот быпи одинаковы по амплитуде н обоих каналах. В качестве делителей 13 и

14 могут быть использованы неинвертирующие усилители с регулируемым

45 коэффициентом усиления либо стандартные резисторные лотенциометры.

Дифференцирующие элементы 15 и

16 формируют сигналы, представляющие собой производную от функции изменения проводимости между парами электродов датчиков 5 и 6. Выбором постоянной времени дифференцирования можно добиться значительного ослабления помеховых сигналов с верхней граничной частотой 0,1 Гц, обусловленных случайными флуктуациями проводимости среды. Постоянная времени дифференцирующих элементов должна быть порядка времени прохождения объекта между парами электродов датчиков 5 и 6. В качестве дифференцирующих элементов 15 и 16 могут быть использованы дифференциаторы на базе операционного усилителя.

Компараторы 17 и 18 предназначены для формирования сигнала постоянной амплитуды, знак которого определяется знаком фазы продифференцированного низкочастотного информационного сигнала.

Элемент 19 неравнозначности формирует сигнал постоянной амплитуды, длительность которого равна временной задержке низкочастотного информационного сигнала одного измеритель-. ного канала по отношению к сигналу второго канала. Временная задержка представляет собой время прохождения движущимся объектом фиксированного расстояния между датчиками 5 и

6, поэтому скорость объекта будет обратно пропорциональна временной задержке, т.е. элемент 19 формирует импульс прямоугольной формы, длительность которого обратно пропорциональна скорости движения объекта.

Регистратор 20 предназначен для индикации результата счета импульсов, поступающих с выхода элемента 19. В качестве регистратора может быть использован стандартный прибор, позволяющий осуществлять счет импульсов положительной и отрицательной полярности.

Генератор 21 тока предназначен для стабилизации тока заряда емкости интегратора 23, что приводит к увеличению точности интегрирования.

Генератор 21 может быть выполнен на базе операционного усилителя.

Ключ 22 служит для подачи сигнала генератора тока на вход интегратора 23 на время, равное длитель1218410 ности импульса с выхода элемента 19. пряжения поступают на соответствуюНепосредственное интегрирование сиг- щие пары электродов датчиков 5 и 6 нала с выхода элемента 19 недопусти- и на входы усилителей 7 и 8 (фиг.1), t мо в силу большой погрешности интег- В силу относительно малого сопротиврирования, обусловленной ненулевым ления между электродами, например уровнем логического нуля элемента 19. в воде 100-10000 Ом; по отношению к

Интегратор 23 предназначен для очень большому сопротивлению генеинтегрирования высокостабильного то- ратора тока — 10 — 10 Ом, при про6 кового сигнала с выхода генератора хождении объекта между электродами

21 в течение времени, равного дли- изменяются межэлектродные проводительности импульса с выхода элемента мости, что приводит к модуляции

19. Амплитудное значение проинтегри- импульсов тока по амплитуде напрярованного напряжения обратно пропор- жения и фазе в каналах контроля, ционально абсолютной величине скорос- При этом между электродами в каж 15 ти движения объекта. Интегратор 23 дом датчике 5 и 6 попеременно во может быть выполнен на основе опера- времени образуются параллельные поля ционного усилителя, "шторы", которые (в силу параллельПреобразователь 24 напряжения в ности и протяженности электродных частоту предназначен для линейного ° пар) близко расположены друг к друпреобразования напряжения с выхода гу, В силу близости источников интегратора 23 последовательностью (электродных пар) оба электрических импульсов с частотой следования, про- поля практически перекрывают одну и порциональной его амплитудному эна- ту же контролируемую область. В речению, Величина периода следования зультате токи, протекающие в каждой импульсов будет прямо пропорциональ- электродной паре, практически равны на скорости движущихся объектов. друг другу {при отсутствии объектов)

Индикатор 25 предназначен для ин- аналогично равны их фазы. Разность дикации результата измерения скорос- потенциалов, образующаяся на электи движущихся объектов. В качестве

30 тродных парах датчиков 5 и 6, усииндикатора может быть использован ливается соответственно на усилитестандартный частотомер, позволяющий лях 7 и 8 и преобразуется по спектизмерять длительность периода следо- ру в блоках 9 и 10, которые работают вания импульсов. в режиме смесителя, так что, наприУстройство работает следующим об- мер, при условии невлияния межэлекразом.

35 тродной проводимости электродных

Генератор 1 вырабатывает, напри- пар датчиков 5 и 6 импульсы напрямер, прямоугольные, разнополярные жений U< и U приходящие на входы симметричные импульсные сигналы, ко- блока 9, будут одинаковы по форме торые поступают на регистр 2 сдвига. и ортогональны между"собой (фиг.2

Регистр 2 сдвига формирует ортого- эпюры д,5), При этом на выходе блока нальные между собой соответствующие 9 формируются разнополярные осесимимпульсные напряжения U,, U, U, метричные импульсы (фиг.2, эпюра ))

U, представленные на эпюрах а,о,5,z В случае влияние межэлектродной про- (Фиг.2). Причем импульсы U<, пос45 водимости осевая симметрия по форме тупающие в первый канал, и импульсы и фазовому сигналу на выходе блока

U, поступающие во второй канал, раз- 9, например, может принимать вид, несены во времени относительно друг показанный на фиг.2, эпюра 6 ° Имдруга на половину периода (фиг.2, пульсные напряжения с выходов блоэпюры а, Ц, а импульсное напряжение ков 9 и 10 поступают на входы соот(фиг ° 2, эпюры с,z) сдвинуто, напри50 ветствующих фильтров 11 и 12 нижних мер, по времени на половину такта частот, которые усредняют по амплиотносительно соответствующих импуль- туде импульсные сигналы. Например, сов ° Напр-.жение U1 преобразуется в напряжение осесимметричных импульсов импульсы тока преобразователем 3 на- на выходе блоков 9 и 10 (фиг.2, эпюпряжения в ток, а напряжение U< ра )) после фильтра нижних частот преобразуется в импульсы тока со- принимает. нулевое значение, а напряответствующим преобразователем 4. жение несимметричных импульсов преС выхода преобразователей 3 и 4 на- образуется в соответствующий уровень

55 постоянного напряжения 1фиг.2, эпюраж) .

При последовательном прохождении например, электроприводяшим объектом плоскопараллельных полей между электродами в каждом датчике (направление движения объекта показано стрелкой на фиг.1) амплитуды и фазы напряжений -соответствующих электродных пар будут изменяться. В соответствии с изменением сигналов на электродах на выходах соответствующих измерительных каналов, рассредоточенных в пространстве на некоторое фиксированное расстояние дх, формируются сигналы об объектах. На эпюре g (фиг.3) показаны сигналы, пропорциональные изменению напряжений сперва на паре электродов датчика 6 (кривая 2) и затем на паре электродов датчика 5 (кривая 1) . Очевидно, что временная задержка изменения проводимости в одном канале по отношению к изменению проводимости в другом канале будет зависеть от скорости объекта V следующим образом. дх дС= р

I ьХ .таким образом Ч =, где и x=const

at, и V — т.е. скорость объекта обрат1 .Lt но пропорциональна временной задержке h t информационных сигналов между каналами. Временную задержку (фиг.3, эпюра a) проще всего опреде— лить между максимальными значениями информационных сигналов, что и реализуется в данном устройстве. Дифференцирующие элементы 15 и 16 и компараторы 17 и 18 позволяют определить точное положение максимумов информационных сигналов в каждом канале по моменту прохождения производной информационного сигнала че-рез нулевое значение (фиг.3, эпюры це,,1,)) . Длительность импульса с выхода элемента 19 равна временной задержке h t (фиг.3, эпюра s ) между максимумами информационных сигналов каналов и обратно пропорциональна скорости движения объекта.

Прецизионное интегрирование сигнала постоянной .амплитуды длительностью

gt достигается применением генератора 21 тока, ключа 22, интегратора 23. Ключ 22 на время ь г. подключает выход генератора 21 тока к входу интегратора 23. Амплитуда сигна5

30 ла на выходе интегратора обратно пропорциональна скорости движения объекта, причем без учета направления его движения и его относительной электропроводности, т.е. обратно пропорциональна абсолютной величине скорости движения (фиг.3, эпюра a) . Для установления прямо пропорциональной зависимости между скоростью движения V и соответствующему ей регистрируемому параметру предназначен преобразователь 24 напряжения в частоту. В качестве такого параметра служит длительность периода генерируемых выходных импульсов преобразователя 24, длительность периода которых пропорциональна скорости движения объекта, Изменяя частотный диапазон генерируемых импульсов с помощью частотно-задающих элементов в преобразователе 24 можно установить взаимооднозначное соответствие между скоростью движущихся объектов и длительностью периода следования выходных импульсов. Величина скорости движения объекта, т.е. величина длительности периода импульсов с выхода преобразователя 24 индицируется на индикаторе 25, а счет объектов осуществляется регистратором 20 °

Формула изобретения

Устройство для счета движущихся объектов, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с входом регистра сдвига, регистратор первый и второй каналы контроля, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных преобразователя напряжения в ток, датчика, усилителя, блока умножения, фильтра нижних частот и делителя напряжения, первые выходы регистра сдвига соединены с входами преобразователей напряжения в ток каналов контроля, вторые выходы регистра сдвига подключены к вторым входам блоков ум— ножения каналов контроля, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем измерения скорости объектов, в него введены генератор тока, ключ, интегратор, преобразователь напряжения в частоту, индикатор и элемент неравнозначности, в каждый канал контроля введены дифференцирующий элемент

12184! О

lt о

П е .Р а м д

АР. Z

Составитель Г.Усачев

Редактор М.Бандура Техред Т.Тулик Корректор А.Тяско

Заказ 1134/58 Тираж 673 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 и компаратор, в каждом канале контроля выход делителя напряжения через дифференцирующий элемент соединен.с входом компаратора, выходы компараторов каналов контроля подклю- 5 чены к входам элемента неравнозначности, выход которого соединен с входом регистратора и с управляющим входом ключа, выход которого через последовательно соединенные интегратор и преобразователь напряжения в частоту соединен с входом индикатора, выход генератора тока подключен к информационному входу ключа.