Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится ка измерительной технике, в частности к доплеровским, преимущественно ультразвуковым, измерителям действительной скорости движения транспортных средств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем измерения расстояния до грунтовой поверхности. В способе формируется импульс зондирующего излучения с линейной частотной модуляцией, определяется рассогласование частот принимаемого сигнала и сигнала генератора с линейно-изменяющейся частотой. Далее в зависимости от рассогласования корректируется глубина частотной модуляции генератора (передатчика ). О величине действительной скорости судят по скорости изменения частоты передатчика . Выявляется момент времени, когда указанное рассогласование частот достигает минимального значения и по длительности интервала времени между моментом передачи зондирующего импульса и моментом достижения указанного минимума судят о расстоянии до отражающей поврехности. Для осуществления способа в устройство дополнительно введен второй выходной блок 10,- первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока преобразования разности частот или периодов в напряжение 6 и ко второму выходу тактового генератора 9. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. v Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) J 7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4648443/22 (22) 09.02.89 (46) 23;08.93. Бюл. М 31 (72) В.А.Коровин, В.Н.Самусев, О,Ю.Линьков, В.H.Ôèëèïïîâ, В;П.Дадин; А.Л.Хурсин, В.А.Гокинаев и C.Ã.Ïàâëîâ (56) Авторское свидетельство СССР й. 1278719, кл. 6 01 P 3/56, 24,09.84. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ НАЗЕМНЫХ, ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится ка измерительной технике, в частности к доплеровским, преимущественно ультразвуковым, измерителям действительной скорости движения транспортных средств. Цель изобретения— расширение функциональных возможностей путем измерения расстояния до грунтовой поверхности. В способе формируется импульс зондирующего излучения с линейИзобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в доплеровских измерителях действительной скорости движения промышленных и сельскохозяйственных агрегатов. различных транспортных средств.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения расстояния до грунтовой поверхности.. Ж 1835528 А1 (si)s G 01 S 15/00, G 01 P 3/56 ной частотной модуляцией, определяется рассогласование частот принимаемого сигнала и сигнала генератора с линейно-изменяющейся частотой. Далее в зависимости от рассогласования корректируется глубина частотной модуляции генератора (передатчика). О величине действительной скорости судят по скорости изменения частоты передатчика. Выявляется момент времени, когда указанное рассогласование частот достигает минимального значения и по длительности интервала времени между моментом передачи зондирующего импульса и моментом достижения указанного минимума судят о расстоянии до отражающей поврехности. Для осуществления способа в устройство дополнительно введен второй выходной блок 10; первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока преобразования разности частот или периодов в напряжение 6 и ко второму Я выходу тактового генератора 9, 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения действительной скорости движения транспортных средств, заключающемся в формировании зондирующего излу,чения с линейной частотной модуляцией. .его в передаче в направление поверхности грунта, приема на транспортном средстве отраженного сигнала, выявлении разности частот или периодов переданного и принятого сигналов, получении промежуточного сигнала путем преобразования указанной

1835528 структурная схема устройства для осуществления предложенного способа измерения: на фиг.3 — временная диаграмма, поясняющая его работу.

Устройство 1 для измерения действительной скорости движения наземного транспортного средства 2 содержит передатчик 3. входное устройство 4, блок опре деления разности частот или периодов 5.

10 входы которого подключены к выходам передатчика 3 и входного устройства 4, а выход через блок преобразования разности частот или периодов в напряжение 6 и первый выходной блок 7 подключен к первой шине устройства и первому входу генератора пилообразного напряжения 8, второй вход и выход которого подключены соответственно к первому входу передатчика 3 и первому выходу тактового генератора 9, 20 второй выход которого подключен ко второму входу передатчика 3, и второй выходной блок 10, выход которого подключен ко вто рой выходной шине устройства, а первый и второй входы соединены соответственно с выходом блока преобразования разности частот или периодов в напряжение 6 и выходам тактового генератора 9.

Первый выходной блок 7 мажет быть выполнен в виде интегратора.

30 Передатчика 3 может содержать управляемый генератор 11, коммутатор (амплитудный модулятор) 12 и усилитель мощности

13. Генератор пилообразного напряжения 8 может быть выполнен на базе преабразова35

50

55 преобразователя кода разности частот или ч разности в напряжение, формировании выходного сигнала измерителя в зависимости от амплитуды промежуточного сигнала, а также воздействия на глубину частотной модуляции в зависимости от величины выходного сигнала измерителя, дополнительно определяют минимум амплитуды промежуточного сигнала, определяют длительность интервала времени между моментом передачи зондирующего излучения и моментом достижения указанного минимума, и по длительности этого интервала судят о расстоянии до грунтовой поверхности, а также тем, что формирование выходного сигнала измерителя осуществляют путем интегрирования напряжения, соответствующего амплитуде и ромежутачнога сигнала.

В устройстве для осуществления способа, содержащем передатчик, входной блок, генератор пилообразного напряжения, первый выходной блок, тактовый генератор, блок преобразования разности частот или периодов в напряжение и блок определения разности частот или периодов, первый и второй входы которого подключены соответственна к выходам входного блока передатчика, первый вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, первый выход тактового генератора соединен с первым входом генератора пилообразного напряжения. вход и выход преобразователя разности частот или периодов в напряжение подключены соответственно . к выходу блока определения разности частот или периодов и к входу первого выходного блока, выход которого соединен са вторым входом генератора пилообразного напряжения, а второй выход тактового генератора соединен со вторым входом передатчика; поставленная цель достигается дополнительным введением второго выходного блока, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока преобразования разности частот или периодов в напряжение и к второму выходу так- " тового генератора.

Поставленная цель достигается также благодаря таму, что выходной блок выполнен в виде интегратора, а второй выходной блок выполнен в виде фильтра, кампаратора и триггера, при этом вход фильтра является первым входом второго выходного блока, выход фильтра через компаратар подключен к первому вхОду триггера, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом второго еыхаднаго блока.

На фиг.1 схематично показана расположение измерителя действительной скорости на транспортном средстве: на фиг.2теля напряжения е-так (упраеляемага источника тока) 14, интегратора 15 и разрядного ключа 16. Тактовый генератор 9 может содержать генератор прямоугольных импульсов 17, счетчик 18 и дешифратор 19. Второй выходной блок может быть выполнен в виде последовательно соединенных фильтра 20, кампаратора 21 и триггера 22.

Входное устройство 4 выполнено в виде избирательного усилителя. При реализации устройства е аналоговой форме блок 5Ъожет быть выполнен в виде синхронного детектора (смесителя), при реализации в цифровой форме — в виде двух измерителей длительности периодов входных сигналов и устройства вычитания результатов измерения этих периодов. Блок 6 преобразования разности частот или периодов е напряжение может быть выполнен е виде частотомера с деухполярным аналоговым выходом или периодов в напряжение.

Поясним суть предложенного способа на пр мере работы устройства.

Передатчика 3 измерителя действительной скорости 1. рл<..полоw,:;нного на транс1835528 портном средстве 2, генерирует зондирующее излучение. Это излучение передается в направлении поверхности грунта {фиг.1).

После отражения от поверхности грунта это излучение принимается приемной антенной входного устройства 4, также расположенной на транспортном средстве 2. В этом случае величина доплеровского сдвига частоты определяется по известной формуле

Рд= —;(— cos а, где Рд — доплеровский сдвиг частоты;

Л вЂ” длина волны зондирующего излучения, Q — угол, определяемый положением эффективной точки отражения зондирующего излучения на поверхности грунта, ч — действительная скорость движения транспортного средства, Из этой формулы следует, что

СдЛ

v=

2соза т.е. для точного определения действитель ной скорости необходимо иметь точное значение угла а. Однако при отражении излучения от статистически шероховатой грунтовой поверхности угол а изменяется произвольным образом в пределах ширины диаграммы направленности антенны (ипи акустического преобразователя). Отклоние угла а от ожидаемого значения на достаточно малый угол, например 5 (что лежит в пределах основного лепестка направленности антенны, устанавливаемых на транспортных средствах) приводит к возникновению ошибки измерения действительной скорости около 9%.

Для устранения этой погрешности в прототипе обеспечивается независимость результата измерения действительной скорости от положения эффективной точки отражения зондирующего излучения на грунтовой поверхности в направлении вектора скорости транспортного средства.

В момент времени tp (фиг.3) тактовый генератор 9, построенный по принципу распределителя импульсов, формирует короткий импульс управления разрядным ключом

16 генератора пилообразного напряжения

8. С этого момента времени начинается очередной модуляционнь и интервал измерителя. Управляемый генератор 11 передатчика

3 (фиг.2) работает в режиме непрерывной генерации высокочастотных колебаний фиксированной амплитуды, Частота этих колебаний {на фиг,3 показано отклонение этой частоты от исходного значения — Л4) изменяется по линейному закону в зависимости от выходного сигнала генератора пилооб"

5 разного напряжения 8

6 о=kt) где k — скорость изменения частоты.

В момент времени tt (фиг,3, тактовый генератор 9 формирует короткий импульс, 10 управляющий коммутатором 12. На вход усилителя мощности 13 подключается выходной сигнал управляемого генератора 11 и передатчик 3 при помощи передающей антенны (акустического преобразователя)

15 излучает короткий зондирующий импульс.

Этот импульс распространяется во всех на° правлениях, соответствующих углам раскрыва главного лепестка диаграммы н а и ра в л е H H о с т и а н те н н ы: а = а а

20 (фиг.1).

В момент времени tz зондирующее излучение, отдаленное от точки "а" грунтовой поверхности (фиг.1), достигает приемной антенны. В этот момент времени принима25 ется только сигнал, отраженный от точки

"а", т,к. более близкие к транспортному средству 2 участки грунтовой поверхности лежат вне главного лепестка диаграммы направленности антенны, а прием

30 от более дальних участков поверхности соответствует большему времени распространения зондирующего излучения. Величина доплеровского сдвига частоты в этот момент времени пропорциональна соза1

Если предположить, что длительность зон35 дирующего импульса значительно меньше разности времени распространения излучения от транспЬртного средства 2 до точки

"в" и обратно и от транспортного средства

2 до точки "а" и обратно, то в момент времени tz будет осуществляться прием из40 лучения, отраженного от точки "в". Величи на допперовского сдвига частоты в этом случае будет пропорциональна cos az .

В любой промежуток времени между tz и з будет осуществляться прием излучения от некоторой промежуточной точки, распо-. ложенной между точками "а" и "в" и соответственно величина доплеровского сдвига частоты будет иметь промежуточное значение cos а1 (соз а2, поэтому величина допперовского сдвига частоты с течением времени будет возрастать.

Иа геометрических, соображений стороны треугольника H и ct) следует, что в общем случае

55 сов а(1)1835528 где Н вЂ” высота установки измерителя 1 на транспортном средстве 2, с — скорость распространения зондирующего излучения, Соответственно доплеровский сдвиг ча- 5

СТОТЫ.

В предложенном техническом решении 10 осуществляется вычитание частот переданного и принятого сигналов (в блоке 5); преОбразование этой разности в напряжение (в блоке 6), интегрирование (в первом выходном блоке 7) и изменение глубины модуля- 15 ции (коэффициента К) до равенства нулю среднего значения указанной разности

После интегрирования и подстановки пределов интегрирования т2=2Н/csin а1, 1з-2H jcsln а2 при среднем значении направления распространения зондирующего излучения 45о т.,е при (а1 + ez)2=450 получим, 2НА tg Ла

v- к

30 где Ьа =at — ар

При Ьа < 10 величина множителя

tg Ьа /сов Aa(2tg Ьа- Ьа) отличается от единицы не более чем на 0,5, Поэтому с достаточной степенью точности

„2 hil с

Величина коэффициента "К" с точностью до постоянных коэффициентов отражает величину действительной скорости движения транспортного средства 2.

При изменении направления распрост- 45 ранения зондирующего излучения произвольынм образом в интервале 40 < a < 50 результат измерения изменяется не более чем на 0.5%, т.е. обеспечивается независимость результата измерения действитель- 50 ной скорости от положения эффективной точки отражения зондирующего излучения на грунтовой поверхности. Для сравнения отметим. что в измерителе скорости. построенном без изменения глубины модуляции, изменение угла а в тех же пределах приводит к изменению результата измерения на + l0-80, Среднее значение выходного сигнала блока преобразования разности частот или периодов в напряжение 6 (фиг.3, Ь4 — Гд) равно нулю. Однако, как это следует из приведенных функциональных зависимостей, в момент времени t2 доплеровский сдвиг частоты изменяется более интенсивно, чем в момент времени тз, Соответственно напряжение на выходе блока 6 в момент времени имеет отрицательыую величину и далее знак этого напряжения изменяется на противоположный, т.е. имеется минимум действующего значения напряжения (промежуточного сигнала). Этот минимум соответствует направлению распространения,зондирующего излучения около 450.

Следовательно, фиксируя временное положение этого минимума, можно определить расстояние до грунтовой поверхности во вполне определенном направлении (45 ).

Одновременно с формированием импульса зондирующего излучения тактовый генератор 9 осущестВляет установку триггера 22 второго выходного блока 10 (фиг.3, U

10). Выходной сигнал блока преобразования разности частот или периодов 6 через фильтр нижних частот 20 поступает на вход компаратора 21, формирующего прямоугольные импульсы в момент перехода сигнала через нулевой уровень. Фильтр 20 предназначен для уменьшения влияния флуктуаций частоты принимаемого сигнала, вызванных статистической шероховатостью грунтовой поверхности. С целью предотвращения ложного срабатывания триггера 22 в момент появления принимаемого сигнала (момент времени tz) выход компаратора подключен не к входу сброса, к входу синхронизации триггера 22 (триггер по входу "с" не реагирует на задний фронт сигнала). В момент перехода выходного сигнала блока

6 из отрицательной в положительную область значений напряжения компаратор

21 формирует передний фронт импульса синхронизации триггера 22, триггер 22 сбрасывается и в результате на выходе второго выходного блока формируюТся импульсы, длительность которых равна интервалу времени от момент передачи зондирующего импульса до момента достижения минимума промежуточного сигнала. Эта длительность равна времени прохождения зондирующим излучением расстояния от точки крепления измерителя на транспортном средстве и обратно, т,е. пропорциональна дальности до грунтовой поверхности.

В зависимости от назначения сигнала, несущего информацию о дальности, выходной импульс триггера может быть использован в качестве измерительного интервала (при преобразовании результата измерения

1835528

10 дальности в цифровую форму} или усреднен при помощи фильтра (среднее значение выходного сигнала триггера пропорционально измеряемой дальности).

Ма последующие выходные импульсы компарзтора 21 в пределах текущего модуляционного интервала триггер 22 не реагирует, т.к. он находится в "нулевом" состоянии, а на его входе "Д" установлен низкий уровень потенциала. 8 следующем модуляционном интервале триггер. 22 по входу "Установка" вновь устанавливается в

"единичное" состояние и далее процессы s измерителе повторяются.

Формула изобретения

1. Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств, основанный на формировании зондирующего излучения с линейной частотой модуляции, его передачи в направлении поверхности грунта, приеме на транспортном средстве отраженного сигнала. выявлении разности частот или периодов переданного и принятого сигналов, последующем формировании выходного сигнала измерителя в зависимости от амплитуды промежуточного сигнала, воздействии на глубину частотных модуляций в зависимости от величины выходного сигнала измерителя и получении промежуточного сигнала путем преобразования указанной разности частот или периодов s напряжение, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения расстояния до грунтовой поверхности, дополнительно определяют минимум амплитуды промежуточного сигнала, определяют длительность интервала времени между моментом передачи зондирующего излучения и моментом достижения укаэанного минимума и по длительности этого интервала судят о расстоянии до грунтовой поверхности, 2. Способ по п.1, о т л и ч à ю шийся тем, что формирование выходного сигнала

40 с я тем, что второй выходной блок выполнен в виде фильтра, компаратора и триггера, при этом вход фильтра является первым входом второго выходного блока, выход фильтра через компаратор подключен к первому входу триггера, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом второго выходного блока. измерителя осуществляют путем интегрирования напряжения, соответствующего амплитуде промежуточного сигнала.

3. Устройство для измерения действи5 тельной скорости движения наземных транспортных средств, содержащее передатчик, входной блок, генератор пилообразного напряжения, выходной блок, тактовый генератор, блок определения разности час10 тот или периодов и блок преобразования разности частот или периодов в напряжение, причем первый и второй входы блока определения разности частот или периодов подкдючены соответственно к выходам

15 входйого блока и передатчика, первый вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, а первый выход тактового генератора соединен с первым входом генератора пилообразного

20 напряжения, вход и выход блока преобразования разности частот или периодов в напряжение подключены соответственно к выходу блока определения разности частот или периодов и к входу выходного блока, 25 выход которого соединен с вторым входом генератора пилообразного напряжения, а второй выход тактового генератора соединен с вторым входом передатчика, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно

30 введен второй выходной блок, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока преобразования разности частот или периодов в напряжение и к второму выходу тактового генератора.

35 4. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что выходной блок выполнен в аиде интегратора.

5. Устройство поп.2, о тл и ч а ю щее1835528

1835528

Составитель 3. Двяконова

ТехредМ.Моргентал . Корректор Е.flann

Редактор А. Козлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2982 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4t5

Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в локационных системах для обнаружения и классификации объектов по их акустической жесткости

Изобретение относится к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения льда на поверхности воды, измерения толщины льда и регистрации профиля нижней кромки льда

Изобретение относится к гидромеханизации и предназначено для определения координат объектов, скрытых на небольшой глубине под морским дном

Изобретение относится к акустическим приборам активной локации и предназначено для лоцирования объекта и газонасыщенных областей

Изобретение относится к акустическим локационным системам и может быть использовано в параметрических приборах различного назначения

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для управления шириной диаграммы направленности (ДН) параметрических антенн

Изобретение относится к гидроакустике , использующей излучающие параметрические системы, и может быть-йспользовано при поиске объектов, расположенных на дне и на небольшом заглублении в грунте

Изобретение относится к параметрическим источникам звука

Изобретение относится к области навигационной гидроакустики

Изобретение относится к электротехнике , а именно к системам управления частотно-регулируемыми асинхронными двигателями

Изобретение относится к технике электрических измерений параметров вращения и может быть использовано для измерения соотношения скоростей (отношения, относительной разности) вращения валов и осей различных машин, например осей ведущих и свободно катящихся колес магистрального электровоза при регулировании силы тяги асинхронных тяговых двигателей

Изобретение относится к измерениям параметров движения и может быть использовано для измерения отклонения скорости от заданной путем сравнения углов поворота задающего и регулируемого валов

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в управляемых электроприводах для получения информации о величине скольжения электрической машины

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления частотнорегулируемых электроприводов, и может быть использовано для определения скольжения асинхронного двигателя

Изобретение относится к технике электрических измерений параметров вращения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в общепромышленных механизмах.Целью изобретения является повьппение точности и увеличение быстродействия, С этой целью устройство для определения скольжения асинхронного двигателя снабжено ключом 3, управляемым по сигналам нуль-органа 5 и генератора -импульсов 10, блоком 11 преобразования координат, детектором 6, выходом соединенным с входа.п-1 масштабных блоков 7-9, Входы детектора б к нуль-орг знй 5 подк.гЕочены к датчиклм токов ujv; Yпрзвля1оа;ий вход блока 11 соединен с выходом ключа 3, а два других упрявляюпдак входа fino- ка 11 через блоки 1., 13 выдепекия действительной и мнимой составляюя.,т5Х напряжения - с зыходаьш датчиков 2 напряжения статора асинхронного двигателя- Первый выход блока 1 подключен к первому входу вычитателя (в) а второй Еыуод - к первым входам В 15,;;5s Е- оры яходь укагяанных вычнтателгй подклю чень; к выходам масштабных блокоз 7-9, Выход В 54 соединен с первыми входами блоко : 4

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при стендовых испытаниях электропоездов железнодорожного транспорта о Цель изобретения - повышение точности измереНИИо Излучение источника высокочастотных колебаний 1, закрепленного на движущемся транспортном средстве, направляют на опорную поверхность колеса 2

Изобретение относится к измерительной технике
Наверх