Устройство для измерения скорости перемещения объекта

Устройство для измерения скорости перемещения объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е >974272

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) 3 »em0 22. 05 81 (21) 3289468/18-10 с присоедииеиием заявки И (23) Приоритет

0публиковаио,15. 11. 82. Бюллетеиь М 42

Дата опубликоваиия описания 15. 11. 82 (Я)м. кл.

G 0l P 3/36 еооудеретшныб комитет

СССР по делам изобретений и отнрмтий (53) УДК 531.767 (088. 8) д.Н. Еськов, А.А. Жиглинский, П.Н. Копаныгин, В.А. Солнцев и В.А. Торопин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

ОБЬЕКТА

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в фотографии, прокатном производстве, на транспорте и др. областях техникй.

Известно растровое устройство для измерения линейной скорости объекта вдоль одной координаты. Оно содержит оптическую систему, в фокальной плоскости которой располагается неподвижная растровая решетка, работающая в тo проходящем свете (1 3.

Однако с помощью этого устройства нельзя определить направление движения объекта.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения скорости перемещения объекта, содержащее объектив, растровый элемент, расположенный в фокальной плоскости объектива, дифференциальный усилитель и схему частотного сравнения, к первому входу которой подключен выход дифференциального усилителя.

Устройство также содержит фокусирующие линзы и фотоэлементы.

Растровый элемент выполнен в виде модулирующего диска с нанесенными на него прозрачными и зеркальными полосами. На диск с помощью объектива проецируется изображение контролируемого объекта. Иодулирующий диск наклонен к оптической оси объектива под углом

45, при этом световой поток от изображения, прошедший через прозрачные полосы растра, фокусируется линзой на первом фотоэлементе, а световой поток, отраженный зеркальными полосами раст" ра, фокусируется линзой на втором фо" тоэлементе. Сигналы, снятые с выходов фотоэлементов, усиливаются и поступают на входы дифференциального усилителя. При вращении модулирующего диска и давлении контролируемого объекта на выходах фотоэлементов существуют сигналы низкой частоты, обусловленные изменениями их общей освещенности при движении объекта обладающего оптичес9742 72

50 кими неоднородностями, и кроме этого, на выходах фотоэлементов существуют также сигналы высокой частоты обусловленные модуляцией элементами растра элементов изображения, причем сигналы высокой частоты на выходах фотоэлементов сдвинуты друг относительно друга на половину периода. При подключении фотоэлементов ко входам дифференциального усилителя в нем происходит уничтожение низкочастотной составляющей, и сигнал с частотой, несущей информацию о скорости смещения изображения, с выхода дифференциального усилителя поступает на схему частотного сравнения, выход которой соединен с сервоусилителем, подключенным к электродвигателю, вращающему модулирующий диск. При вращении модулирующего диска происходит модуляция светового потока от дополнительно установленной лампы. Фотодиод, воспринимающий этот световой поток от лампы, через последовательно соединенные усилитель и счетное устройство соединен с генератором, который выдает опорную частоту в схему частотного сравнения. система работает таким образом, что на выходе дифференциального усилителя поддерживается практически постоянная частота, а скорость смещения изображения контролируемого объекта воспроизводится соответствующими изменениями скорости вращения модулирующего диска. О скорости движения объекта судят по частоте на выходе фотодиода (2 ).

Однако это устройство характеризуется недостаточно высокой точностью измерения из-за погрешностей, возникающих при биениях диска, не табильности в работе электродвигателя и т. д

Цель изобретения — повышение To÷ности измерений скорости перемещения объекта. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее растровый элемент, расположенный в фокальной плоскости объектива, дифференциальный усилитель и схему частотного сравнения, к первому входу которой подключен выход дифференциального усилителя, введены четыре блока электронных ключей, задающий генератор, кольцевой сдвиговый регистр с четным чис-; лом разрядов и и второй дифференциаль55 ный усилитель, при этом растровый элемент выполнен в виде полосовых фотоэлементов, расположенных вплотную друг к друГу, число которых кратно Й, фотоэлементы объединены в М групп путем электрического соединения 1-ro, N- ro, (N+1 ) - го фотоэлементов пе рвой группы, 2-го, (J+2)-го, (2N+2) ãî фотоэлементов второй группы, причем группы фотоэлементов подключены к информационным входам блоков электронных ключей, прямые выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра под" ключены в прямой и обратной последовательности 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 второго и четвертого блоков электронного ключей, вход кольцевого сдвигового регистра связан с выходом задающего генератора, выходы блоков электронных ключей подключены ко входам первого и второго дифференциального усилителей, а выход последнего - ко второму входу схемы частотного сравнения.

На чертеже представлена упрощенная функциональная. схема устройства.

Устройство содержит объектив 1, в фокальной плоскости которого распола-. гается пластина 2 с нанесенными на ее поверхность полосовыми фотоэлементами расположенными последовательно вплотную друг к другу (эта часть предлагаемого устройства может быть выполнена например, путем нанесения на пласти.ну 2 фоточувствительного слоя и последующего разделения его на фотоэлементы путем надрезки), четыре блока 3-6 ключей, задающий генератор 7, кольцевой сдвиговый регистр 8, четыре усилителя 9, два дифференциальных усилителя 10 и 11, схему 12 частотного сравнения. Кольцевой сдвиговый регистр содержит четное число разрядов N. В половине разрядов регистра 8 записан последовательный ряд логических единиц, а в другой половине — последовательный ряд логических нулей. Прямые и инверсные выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра 8 соответствущим образом связаны с управляющими входами блоков 3-6 ключей., В фокапьной плоскости объектива 1, где объективом формируется изображение контролируемого объекта, расположена пластина 2 с нанесенными на ее поверхности вплотную друг к другу полосовыми фотоэлементами. Число поло5 9742 совых фотоэлементов кратно числу разрядов N кольцевого сдвигового регистра 8, это обусловлено необходимостью того, чтобы в любой момент времени при работе устройства общая площадь фотоэлементов работающих по любому каналу не изменялась и оставалась постоянной. фотоэлементы электрически связаны и объединены в и групп так, что электрически связаны фотоэлементы 1-го, 10 (N+1)-co,,(2N+1)-го и т. д. - это первая группа фотоэлементов, связаны фотоэлементы 2-го, (И+2)-ro, (2N+2).-го и т. д. — это вторая группа фотоэлементов и эти N групп фотоэлементов 15 последовательно подключены к информационным входам блоков 3-6 ключей. Прямые и инверсные выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра 8 соответствующим образом подключены к управ- 20 ляющим входам блоков ключей.

На чертеже представлен вариант устройства, содержащего четырехразрядный кольцевой сдвиговый регистр 8. В блоках ключей 3-6 в каждый момент, време- И ни открыты те ключи, на управляющие входы которых поданы сигналы "1" от кольцевого сдвигового регистра 8 и закрыты те ключи, на управляющие входы которых поданы сигналы "0". В ис- зо ходном состоянии в первом и втором разрядах регистра 8 записаны "1", а в третьем и четвертом - "0". При этом в блоке 3 ключей открыты ключи, инфор. мационные входы которых связаны с тре-З тьей и четвертой группами фотоэлементов, и на выходе блока .3 существует электрический сигнал обусловленный интегральной засветкой фотоэлементов третьей и четвертой групп. Это подоб- «> но тому, как если бы на изображение контролируемого объекта в фокальной плоскости объектива 1 была бы наложена растровая решетка постоянного шага с прозрачными и непрозрачными полоса- 5 ми равной ширины, причем непрозрачные полосы растровой решетки находились бы в районе фотоэлементов первой и второй групп, а прозрачные полосы растровой решетки располагались бы в зоне фотоэлементов третьей и четвертой групп, а за растровой решеткой находился бы один общий фотоэлемент.

Устройство работает следующим об55

;разом.

При подаче от задающего генератора 7 импульса частоты в кольцевом сдви=, говом регистре происходит сдвиг на

72 6 рдин разряд записанного там двоичного числа и во втором и третьем разрядах

Будут записаны "1", а в первом и четвертом — иО". На выходе блока 3 ключей существует сигнал, обусловленный интегральной засветкой фотоэлементов уже второй и третьей групп. Это эквивалентно тому, как если бы растровая решетка, наложенная на изображение контролируемого объекта сдвинулась бы вдоль оси Х на ширину одного фотоэлемента в направлении, противоположном направлению оси Х. При подаче от задающего генератора 7 на вход кольцевого сдвигового регистра 8 следующего импульса частоты Гг в регистре вновь происходит сдвиг на один разряд записанного там числа, и s первом и втором разрядах регистра будут "О", а в третьем и четвертом — "1". На выходе блока 3 ключей существует сигнал, обусловленный интегральной засветкой фотоэлементов уже первой и второй групп.

Это эквивалентно тому, как если бы ,растровая решетка, наложенная на изображение контролируемого объекта, сдвинулась бы вдоль оси Х еще на ширину одного фотоэлемента в направлении противоположном направлению оси

Х. Таким образом, при подаче от задающего генератора 7 импульсов частоты в регистре 8 осуществляется послеГ довательный сдвиг числа, и на выходе блока 3 ключей существует ступенчатый сигнал, обусловленный интегральной засветкой соответствующих фотоэлементов в каждый момент времени. Изменение уровня сигнала на выходе блока 3 ключей наблюдается при подаче на вход регистра 8 импульса частоты Гг, приводящего к сдвигу числа в регистре и переключениям в блоке 3 ключей. Сигнал с выхода блока 3 ключей подается на вход усилителя 9, снабженного сглаживающим фильтром. На выходе усилителя

9 будет существовать усиленный и сглаженный сигнал такой, какой существовал бы на выходе фотоэлемента расположенного за растровой решеткой, наложенной на изображение контролируемого объекта в фокальной плоскости объектива, причем эта растровая решетка с прозрачными и непрозрачными полосами равной ширины двигалась бы вдоль оси Х в направлении противоположном направлению оси Х.

При неподвижном контролируемом объекте сигнал на выходе усилителя 9.

Тогда

fг

Г = — „,.

7 97427 подключенного к блоку ключеи имеет частоту f<

1 р= 1> Vp

5 где Ip - шаг растровой решетки,"

Vp — скорость движения растровой решетки.

Величины lp u Vp могут быть определены из соотношений 16

1P-- N-d, где Й - число групп фотоэлементов;

d - ширина одного фотоэлемента,"

VP> d б

> где Гг - частота следования импульсов 15 от задающего генератора 7.

26

При движении объекта вдоль оси Х на выходе усилителя 9, подключенному к блоку 3 ключей происходит отклонение частоты сигнала от величины f< на

Ьг, причем если направления движения 25 растровой решетки и изображения контролируемого объекта совпадают, то происходит уменьшение частоты f6 на af, .если же решетка и и >обра>кение объекта движутся в противоположных направле- З6 ниях, то происходит увеличение частоты на

+дГ =+ — Ч=+ — КЧ

1 1 р n —..я 0 р где Ч„- скорость движения изобра>кения объекта вдоль оси Х, К - коэффициент увеличения объектива»

Чр - скорость движения объектива вдоль оси X.

46

Таким образом, по величине отклонения df можно определить скорость движения контролируемого объекта, а по знаку отклонения можно определить направление этого движения.

Поскольку к управляющим входам блока 4 ключей подключены инверсные выходы разрядов кольцевого сдвигового

Регистра 8 в той же последовательности как подключены прямые выходы разЭ

56 рядов регистра 8, к управляющим входам блока 3 ключей, на выходе блока 3 ключей в каждый момент времени существует сигнал от интегральной засветки определенных двух групп фотоэлементов

55 и на выходе блока ключей,4 существует сигнал от интегральной засветки двух других групп фотоэлементов. Тогда на выходе усилителя 9, подключенного к

2 8 блоку 4 ключей, существует сглаженный и усиленный сигнал, такой, какой существовал бы, если бы в фокальной плоскости объектива 1 на иэображение контролируемого объектива была бы наложена растровая решетка с прозрачными и непрозрачными полосами равной ширины и движущаяся в том же направлении, как и для блока 3 ключей, но сдвинутая на половину периода. Таким образом, при движении контролируемого объекта, обладающего оптическими неоднородностями, на выходах усилителей 9, связанных с блоками 3 и 4 ключей, существуют сигналы низкой частоты обусловленные изменениями общей освещенности в фокальной плоскости объектива и сигналы высокой частоты сдвинутые друг относительно друга на половину периода. При подаче этих сигналов на входы дифференциального усилителя 10 в нем происходит уничтожение низкочастотной составляющей сигнала и на его выходе будут сигналы частоты f iif.

Прямые и инверсные выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра 8 подключены также к управляющим входам блоков и 6 ключей, но в последова" тельности обратной подключению к бло- кам 3 и 4 ключей. Таким образом, на выходах усилителей 9, подключенных к олокам и 6 ключей будут существовать сглаженные и усиленные сигналы, такие,,какие существовали бы на выхоце фотоэлемента при наложении на изобра>кение контролируемого объекта сдвинутых на половину периода растровых решеток, движущихся по оси Х в направлении противоположном тому, какое существует для блоков 3 и 4 ключей.

Сигналы с выходов усилителей 9, под-ключенных к блокам 5 и 6 ключей подаются на входы дифференциального усилителя 11, на выходе которого существует сигнал частоты f +af.

Таким образом, в устройстве происходит возникновение таких сигналов, какие существовали бы на выходах фотоэлейентов, если бы в фокальной плоскости объектива на изображение конт.Ролируемого объекта были бы наложены четыре растровые решетки„ две из которых, сдвинутые на половину периода, двигались бы в направлении оси Х, а две других, тоже сдвинутые на половину периода, двигались бы в направлении, противоположном направлению оси Х.

Выходы дифференциальных усилителей

10 и 11 подключены к схеме частотного

9 974272 10 сравнения, на выходе которой сущест- ного усилителя о т л и чающеевует сигнал пропорциональный разности с я тем, что, с целью повышения точчастот входных сигналов: +2df=(fo+nf)- - ности, в него введены четыре блока

-(ф + f)

-(о+а ). Величина этого сигнала про- электронных ключей, задающий генерапорциональна скорости движения контро-i тор, кольцевой сдвиговый регистр с лируемого объекта вдоль оси Х, а знак четным числом разрядов N и второй дифпоказывает направление этого движения. ференциальный усилитель, при этом расЕсли схема частотного сравнения допол- тровый элемент выполнен в виде полосоцительно снабжена интегратором, то на вых фотоэлементов, расположенных вплоее выходе также будет сигнал пропор- 10 тную друг к другу, число которых к ах кратц альныи перемещению контролируемо- но N, фотоэлементы объединены в М го объекта вдоль оси Х. групп путем электрического соединения

Если движение контролируемого объ- 1-го, N-го, (й+1)-го фотоэлементов екта осуществляется йе строго вдоль... первои РУп ы 2-ro (11+2) ro (2N+2) оси Х, а под углом к ней, то на выхо- 1З го фотоэлементов второй группы, при де устройства будут существовать сиг- чем группы фотоэлементов подключены налы, пропорциональные величинам, со- к информационным входам блоков электставляющим скорость и перемещения объ- ронных ключей, прямые выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра подклюПоложительный технический эффект 20 чены в прямой и обратной последоваустройства заключается в том, что оно тельности к управляющим входам соот" не содержит регулируемого электропри- ветственно первого и третьего блоков вода и механических движущихся элемен- электронных ключей, а инверсные выхо" тов, обладает меньшим весом и габа.ри- ды разрядов кольцевого сдвигового ретами, так как все оно может бы1 ь вы- И гистра также а прямой и обратной посполнено на одной пластине, на одной ледовательности подключены к управлястороне которой нанесены фотоэлементы, ющим входам соответственно второго и а на другой нанесена электрическая четвертого блоков электронного ключей м схема всего устроиства,- выполненная вход кольцевого сдвигового регистра; методом современной технологии изго" 30 связан с выходом задающего генерато а

P товления микросхем. выходы блоков электронных ключей подключены ко входам первого и второго, дифференциального усилителей, а выход формула изобретения последнего - ко второму входу схемы частотного сравнения.

Устройство для измерения скорости перемещения объекта, содержащее объ- Источники информации, ектив, растровыи элемент, расположен- принятые во вмииение при экспертизе ный в фокальной плоскости объектива, t. Авторское свидетельство СССР дифференциальный усилитель и схему 40 Ю 251966, кя. Ю 01 P 3/74, 1970. частотного сравнения, к первому входу 2. Патент Великобритании 11 1391779, которой подключен выход дифференциаль-. кл. G 1 А, Н 4 О, . г975 (прототип).

974272

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8687/62 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Власов

Редактор Н. Киштулинец Техред Е,Харитончик Корректор Г. Огар