Устройство для измерения скорости перемещения объекта

Устройство для измерения скорости перемещения объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОЩ.:ТСНИХ

СОЦИ4ЛИСТИЧ ЕЖИ Х

РЕСПУБЛИК (1cl (И) .5(Д) 901 Р 3 36

OCglAPCTBEHHlPlA НСМИТЕТ ССОР

Л" И P . ". К,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I" :-- :,::. ...;.!

К AOTOPCNOMV ВВИДВТВЛКВТВТ (61) 974272 (21 ) 3425192/18-10 (22} 21,04В82 (46) 03 ° 08.83, Бюл. 9 31 ,,(72) A.A.Æèãëèíñêèé, П.Н.Копаныгин и В.A.Ñîëíöåâ

t (71) Ленинградский ордена Ленина, электротехнический институт ,им ° В.И. Ульянова (Ленина1 (53) 621.317.39:531,7 088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

В 974272, кл. G 01 P 3/36, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО @ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ OHhEKTA no . авт, св. Р 974272, о т л и ч а ю — .

:щ е е с я тем, что, с целью повышения точности изнурения, в уст:

:ройство введены экстремальный регулятор, блок памяти и арифметичес кое устройство, причем выход диффе ренциального усилителя подключен к

;входу экстремального регулятора, .выход которого .соединен с входом бло .„. памяти -первый выход которого подключен к входу установки ico да кольцевого сдвигового ре гистра, а второй выход- к Первому входу арифметического устройства,. - ,второй вход которого соединен с выходом схемы . частотного сравнения.

1 103 7178

15 показателей сигнала на выходе устройства или даже к полному пропаданию выходного сигнала,что значительно снижает точность работы устройст2О Ва °

Цель изобретения — повышение точности измерения, Поставленная цель достигается том, что в устройство для измерения скорости перемещения объекта введены экстремальный регулятор, блок памяти и арифметическое устройство, причем выход дифференциального усилителя подключен к входу экстремального регулятора, выход котоЗО рого соединен с входом блока памяти, первый выход которого подключен к входу установки кода кольцевого сдвигового регистра, а второй выход — к первому входу ариф35 метического устройства, второй вход которого соединен с выходом схемы частотного сравнения.

B данном устройстве производится определение параметров движения — 4П объекта по одной координате Причем осуществляется адаптивное изменение шага подвижных растровых решеток, создаваемых в устройстве в соответствии с характером изображения контролируемого объекта. В качестве объекта может рассматриваться, например, поверхность, обладающая оптическими неоднородностями.

На чертеже представлена упрощенная схема устройства.

Устройство содержит объектив

1, в фокальной плоскости которого расположена пластина с полосовыми фотоэлементами 2, четыре блока ключей 3-6, задающий генератор 7, кольцевой сдвиговый регистр 8, четыре усилителя 91 два дифференциальных усилителя 10 и 11, схему 12 частотного сравнения, экстремальный регулятор 13 блок 14 памяти и арифметическое устройство 15.

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению, а именно к бесконтактным измерителям параметров движения объекта, и может найти применение в фотографии, прокатном производстве, на транспорте и в других областях техники.

По основному авт. св. Р 974272

r известно устройство для измерения скорости перемещения объекта, которое содержит объектив, растровый элемент, расположенный в фокальной плоскости объектива, дифференциальный усилитель и схему частотного сравнения, к первому входу которой подключен выход дифференциального усилителя, четыре блока электронных ключей, задающий генератор, кольцевой сдвиговый регистр с четным числом разрядов hl и второй дифференциальный усилитель, при этом растровый элемент выполнен в виде полосовых фотоэлементов, расположен ных вплотную друг к другу, число которых кратно Й, фотоэлементы объединены в М групп путем электрического соединения 1-ro, Й+ 1-ro фотоэлементов первой группы, 2-го, g + 2-го 2 М + 2-20 ... фотоэлементов второй группы, причем группы фотоэлементов подключены к информацио ным вход м блока электронных ключей, прямые выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра подключены в прямой и обратной последовательно ти к управляющим входам соответственно первого и третьего блоков электронных ключей, а инверсные выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра также в прямой и обратной последовательности подключены к управляющим входам соответственно вто рого и четвертого электронного ключей, вход кольцевого сдвигового регистра связан с выходом задающего генератора, выходы блоков электронных ключей подключены к входам первого и второго дифференциального . Усилителей, а выход последнего — к второму входу схемы частотного сравнения P1) .

При работе устройства в результате коммутации ключей создается эффект движения четырех растровых решеток, наложенных на изображение, построенное объективом устройства, причем две растровые решетки,сдвинутые на половину периода, двчжутся.в одну сторону, а две другие, тоже сдвинутые на половину периода, движутся в другую сторону. На выходе схемы частотного сравнения существует сигнал, пропорциональный скорости движения объекта с учетом направления этого движения.

Недостатком этого устройства является то,что работа его рассчитана на определенную структуру изображения, когда средние размеры неоднородностей изображения равны половине шага растровых решеток, создаваемых в устройстве. C другой стороны, изображение, созданное

5 объективом устройства, является нерегулярным, при движении контролируемого объекта структура изображения меняется и возможно возникновение ситуаций, когда средние раз19 меры неоднородностей контролируемого изображения значительно отличаются от половины шага растровых решеток устройства: такой случай является неоптимальным для работы устройства и ведет к ухудшению точностных

Устройство работает следуюЫМам образом, От задающего генератора 7 на вход кольцевого сдвигового регистра

1037178

8 поступают импульсы частоты j

Каждый импульс частоты 1Г приводит к кольцевому сдвигу на орин разряд двоичного числа, записанного в кольцевом сдвиговом регистре 8, причем кольцевой сдвиговый регистр 8 содержит кратное четырем число разрядов

М . В разрядах регистра 8 записано двоичное число, состоящее из целого числа цифровых периодов, по И разрядов в каждом (в четно), причем в исходном состоянии в первой половине всех цифровых периодов записан последовательный ряд логических единиц, а во второй половине последовательный ряд логических нулей (например, если регистр 8 имеет двенадцать разрядов, то в нем могут быть записаны числа типа: 1100

1100 1100 111000 111000, или

111111000000, состоящие из трех, двух и одного числовых периодов по четыре, шесть и двенадцать разрядов в каждом периоде соответственно.

Прямые и инверсные выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра 8 соответствующим образом связаны с управляющими входами блоков ключей 3, 4, 5 и 6. В блоках ключей

3, 4, 5 и 6 в каждый момент времени будут открыты те ключи, на управляющие входы которых поданы сигналы логической единицы от кольцевого сдвигового регистра 8, и будут закрыты те ключи, на управляющие входы которых поданы сигналы логического нуля.

При работе устройства в результате постоянного кольцевого сдвига числа в регистре 8, осуществляемого по сигналам частоты тГ от задающего генератора 7, производятся переключения в блоках ключей и осуществляется модуляция иэображения объекта четырьмя подвижными- растровыми решетками, создаваемыми в электронном тракте устройства, причем две: решетки, сдвинутые на половину периода, движутся в одну сторону вдоль оси Х, а две другие, тоже сдвинутые на половину периода, движутся в противоположную сторону.

При неподвижном контролируемом объекте на выходах всех усилителей

9, подключенных к блокам ключей, будут существовать сигналы частоты 1С, обусловленные модуляцией изображения элементами растровых решеток, создаваемых в электронном тракте устройства в результате переключения ключей10 p= г, где г о

При движении объекта вдоль оси

X на выходах усилителей 9 произойдет изменение частоты 1 на величину .6

+ а

- „- " = - — — ч — Ер И о, где V — скорость движения изобраН

I жения вдоль оси Х, — фокусное расстояние объектива, Н вЂ” расстояние от объектива

30 устройства до контролируемого объекта

Чо — скорость движения объекта вдоль оси Х.

Если направления движения изоб35 ражения объекта и растровой решетки совпадают, то произойдет уменьшение частоты 1о на йХ . Если же направления движения изображения объекта и растровой решетки про40 тивоположны то произойдет увеличение частоты 1о íà 6f.. Таким образом, на выходах усилителей 9, под-. ключенных к блокам ключей 3 и 4, будут сигналы частоты Kо+ Ь1, а на

45 выходах усилителей 9, подключенных к блокам ключей 5 и 6, будут сигналы частоты fz -6% .

Выходы усилителей 9 попарно подключены к дифференциальным усилителям 10 и 11, в которых осуществ ляется уничтожение постоянных составляющих сигналов и выделение сигналов частоты %o+ g f и %o«+hi соответственно.

Выходы дифференциальных усилигелей 10 и 11 подключены к схеме

12 частотного сравнения на выходе которой существует сигнал," пропорциональный разно ти частот сигналов р и(3

60 2. 2.

Величина этого сигнала пропорциональна скорости движения контролируемого объекта, а знак показы вает направление этого движе$5 ния.

Io=- — 4

1 ер где Юр - шаг растровых решеток! скорость движения растроP вых решеток.

Величины Рр и Ур могут быть определены из соотношений

Ðp --мд, где — число разрядов в каждом . цифровом периоде двоичного числа, записанного в кольцевом сдвиговом регистре 8у ширина одного полосового фотоэлемента. частота следования импульГ сов от задающего генератора 7.

Тогда

10371 78 здесь И вЂ” числа разрядов в цифровых периодах числа записанного в данный момент в регистре 8.

Несоответствие шагов четырех подвижных растровых решеток, создаваемых в устройстве, и средних разрядов неоднородностей изображения приведет к ухудшению качества сигнала на выходе дифференциальных усилителей 10 и 11 (будет отмечаться значительное уменьшение амплитуды гармонического сигнала и появление дополнительных помех), f

Экстремальный регулятор, подключенный к выходу дифференциального усилителя 10, может быть снабжен пороговым элементом па параметру амплитуды гармонического сигнала

60

К выходу первого дифференциального усилителя 10 подключен экстремальный регулятор 13, задачей которого является выработка управляющих сигналов для блока памяти 14 с цельн обеспечения максимума амплитуды переменной составляющей сигнала на выходе дифференциального усилителя 1Q. Экстремальный регулятор может быть выполнен иа базе стандартных экстремальных 10 регуляторов, разработанных, например, для корреляционных измерителей скорости..

Выход эк стремального регулятора

13 подключен к выходу блока памя- )5 ти 14, в ячейках которого записаны двоичные числа с количеством разря-, дов, равным Н -числу разрядов кольцевага сдвигаваго режима. Все двоичные числа, записанные в ячейках блока памяти 14, состоят из целого числа пифровых периодов па четному числу и разрядов в каждом периаде, причем в первой половине всех цифровых периодов записан последователь-ъ5 ный ряд логических единиц, а ва второй половине — последовательный ряд логических нулей например, если Й = 12, та в ячейках блока памяти 14 содержатся двоичные числа типа: 1100 1100 1100) 111000

111000 и 111111000000). Выход блока памяти 14 связан с входом установки кода регистра 8.

При работе устройства на вход экстремального регулятора 13 подается гармонический сигнал частоты

1а+ ь r от дифференциального усилителя 10. При движении контролируемага объекта происходит изменение структуры изображения контролиру- 40 емога объекта и возникают ситуации, когда средние размеры неоднородностей изображения объекта значительна отличаются ат половины шага растровых решеток 45

ИД х и при значительном падении амплитуды гармонического сигнала, существующего на выходе дифференциального усилителя 10, на выходе экстремалы ного регулятора 13 появляется сигнал на переключение в блоке 14 памяти и подачи на вход установки кОда кольцевого сдвиговаго регистра

8 другого двоичного числа и записи его в регистр 8. Это может быть, осуществлено с помощью экстремального регулятора 13, производящего, йапример, ряд поисковых переключений в блоке памяти 14 и соот.— ветственно записи в разряды кольцевого сдвигавого регистра 8 поочередно ряда двоичных чисел из блока памяти 14, при этом с помощью экстремального регулятора 13 осуществляется контроль амплитуды гармонического сигнала на выходе дифференциального усилителя 10 и в результате переключения окончательно в разрядах кольцевого сдвигового регистра 8 будет записано из блока памяти 14 число, при котором амплитуда гармонического сигнала на выходе дифференциального усилителя 10 максимальна. Это будет соответствовать определенному шагу Pð подвижных растровых решеток, создаваемых в устройстве путем переключений в электронном тракте, а на втором выходе блока памяти 14 будет существовать сигнал, характеризующий величину р

На выходе схемы частотнот о сравнения 12 существует сигнал

+2д% =2 — — y

1 2 н o, Этот сигнал поступает на один вход арифметического-устройства 15, а на второй вход поступает сигнал, пропорциональный величине Рр, поступающей от блока памяти 14, В арифметическом устройстве осуществляется деление сигнала f26< на величину Вр и определение величины скорости движения объекта Че вдаль оси Х при известном фокусном расстоянии объектива Х и расстоя.— нии до объекта Н. На выходе арифметического устройства 15 существует сигнал, пропорциональный скорости движения объекта Чо с учетом направления этого движения.

Возможно и иное, не являющееся основным, использование устройства, основанное на том, что в нем осуществляется адаптивное изменение шага растровых решеток так, что средние размеры неоднородностей иэображения равны половине шага Гр т.е. по величине 1р на выходе бло-. ка памяти 14 возможно определение величины средних размеров опа9аиеских неоднородностей объекта, например средних размеров частиц контролируемого потока.

10371 78

Составитель И. Хаустов

Редактор В. Лазаренко ТехредМ,Гергель Корректор С.Шекмар

Заказ 6002/47 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иЗобретений и открытий

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

Филиал IIIIII "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4