Устройство для измерения скорости перемещения объекта

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 1% (И) ЯДР 001 Р 3 НЫЙ КОМИТЕТ СССРИ ОТНРЫТИЙ ГОСУДАРС ПО ДЕЛА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЫТВУ( 54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ООЬЕКТА по .авт, св. Р 574272, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности изнурения, в уст: :ройство введены экстремальный регулятор, блок памяти и арифметическое устройство, причем выход дифференциального усилителя подключен к ;входу экстремального регулятора, выход которого .соединен с входом бло. памяти первый выход которого подключен к входу установки ко да кольцевого сдвигового ре- гистра, а второй выход - к Первому входу арифметического устройства,.,второй вход которого соединен с выходом схемы частотного сравнения.е15 показателей сигнала на выходе устройства или даже к полному пропаданиювыходного сигнала ,что значительно снижает точность работы устройст 2 О ВаЦель изобретения - повышениеточности измерения,Поставленная цель достигаетсятом, что в устройство для измеренияскорости перемещения объекта введены экстремальный регулятор, блокпамяти и арифметическое устройство, причем выход дифференциальногоусилителя подключен к входу экстН. ремального 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 ариф 35 метического устройства, второйвход которого соединен с выходомсхемы частотного сравнения.В данном устройстве производится определение параметров движения- 40 объекта по одной координате Причемосуществляется адаптивное изменениешага подвижных растровых решеток,создаваемых в устройстве в соответствии с характером изображения контролируемого объекта. В качествеобъекта может рассматриваться, например, поверхность, обладающаяоптическими неоднородностями.На чертеже представлена упрощенная схема устройства.Устройство содержит объектив1, в фокальной плоскости которогорасположена пластина с полосовымифотоэлементами 2, четыре блока ключей 3-6, задающий генератор 7, кольцевой сдвиговый регистр 8, четыреусилителя 91 два дифференциальныхусилителя 10 и 11, схему 12 частотного сравнения; экстремальный регулятор 13 блок 14 памяти и арифметическое устройство 15,Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, аименно к бесконтактным измерителямпараметров движения объекта, иможет найти применение в фотографии,прокатном производстве, на транспорте и в других областях техники.По основному авт, св. Р 974272известно устройство для измеренияскорости перемещения объекта, которое содержит объектив, растровыйэлемент, расположенный в Фокальнойплоскости объектива, дифференциальный усилительи схему частотногосравнения, к первому входу которойподключен выход дифференциальногоусилителя, четыре блока электронных ключей, задающий генератор,кольцевой сдвиговый регистр с четным числом разрядов М и второй дифференциальный усилитель, при этомрастровый элемент выполнен в видеполосовых фотоэлементов, расположенных вплотную друг к другу, числокоторых кратно Й, фотоэлементыобъединены в М групп путем электрического соединения 1-го, Й+ 1-гоФотоэлементов первой группы,2-го,+ 2-го 2 М + 2-20фотоэлементов второй группы, причем группыфотоэлементов подключены к информационым вход-м блока электронных ключей, прямые выходы разрядов кольцевого сдвигового регистра подключеныв прямой и обратной последовательноти к управляющим входам соответственно первого и третьего блоковэлектронных ключей, а инверсные выходы разрядов кольцевого сдвиговогорегистра также в прямой и обратнойпоследовательности подключены к управляющим входам соответственно второго и четвертого электронного ключей, вход кольцевого сдвигового регистра связан с выходом задающегогенератора, выходы блоков электронных ключей подключены к входам первого и второго дифференциального. Усилителей, а выход последнего - квторому входу схемы частотногосравнения 1 .При работе устройства в результате коммутации ключей создается эфФект движения четырех растровыхрешеток, 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, пропорциональныйскорости движения объекта с учетомнаправления этого движения,Недостатком этого устройстваявляется то,что работа его рассчитана на определенную структуру изображения, когда средние размерынеоднородностей изображения равныполовине шага растровых решеток,создаваемых в устройстве. Г другойстороны, изображение, созданное 5 объективом устройства, является нерегулярным, при движении контролируемого объекта структура изображения меняется и возможно возникновение ситуаций, когда средние раз О меры неоднородностей контролируемого изображения значительно отличаютсяот половины шага растровых решетокустройства; такой случай являетсянеоптимальным для работы устройства и ведет к ухудшению точностных Устройство работает следуюЫМамобразом,От задающего генератора 7 навход кольцевого сдвигового регистра8 поступают импульсы частоты г Каждый импульс частоты гГ 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 и 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 1100111000 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 б 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 логическогонуля.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 1 г, обусловленные модуляцией изображения элементами растровых решеток, создаваемых в электронном тракте устройства в результате переключения ключей 1 О где го= При движении объекта вдоль осиХ на выходах усилителей 9 произойдет изменение частоты 1 на величину .6- "н=- -- ЧсР , ЕР И о,где М - скорость движения изобраН1жения вдоль оси Х,- фокусное расстояние объектива,Н - расстояние от объектива 30устройства до контролируй емого объекта;Мо - скорость движения объектавдоль оси Х.Если направления движения изоб ражения объекта и растровой решетки совпадают, то произойдет уменьшение частоты то на йХ . Если женаправления движения изображенияобъекта и растровой решетки про тивоположны то произойдет увеличение частоты 1 о на ЬЬ. Таким образом, на выходах усилителей 9, под-.ключенных к блокам ключей 3 и 4, будут сигналы частоты 1 О+ Ь, а на45 выходах усилителей 9, подключенныхк блокам ключей 5 и 6, будут сигналы частоты 1 о - д.Выходы усилителей 9 попарноподключены к дифференциальным усилителям 10 и 11, в которых осуществ 5 О ляется уничтожение постоянных составляющих сигналов и выделениесигналов частоты ои 1 о + Ьсоответственно.Выходы дифференциальных усили гелей 10 и 11 подключены к схеме12 частотного сравненияна выходекоторой существует сигнал," пропорциональный разно.ти частот сигналов Р ид60 2. 2.Величина этого сигнала пропорциональна скорости движения контролируемого объекта, а знак показывает направление этого движе -ниЯ 1 о= - ч . Ер Ргде Йр - шаг растровых решетокЧ - скорость движения растроРвых решеток. Величины ЯР и Ур могут быть определены из соотношений РРМд,где И - число разрядов в каждом .цифровом периоде двоичного числа, записанного в кольцевом сдвиговом регистре 8 у ширина одного полосового фотоэлемента. частота следования импуль- Г сов от задающего генератора 7,Тогдаздесь И - число разрядов в цифровых периодах числа записанного вданный момент в регистре 8.Несоответствие шагов четырехподвижных 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 уменьшениеамплитуды гармонического сигнала ипоявление дополнительных помех),Экстремальный регулятор,подключенный к выходу дифференциальногоусилителя 10, может быть снабженпороговым элементом по параметруамплитуды гармонического сигнала,. 50 60 К выходу первого дифференциального усилителя 10 подключенэкстремальный регулятор 13, задачей которого является выработкауправляющих сигналов для блокапамяти 14 с цельн обеспечения максимума амплитуды переменной составляющей сигнала на выходе дифференциального усилителя 1 Я. Экстремальный регулятор может быть выполнениа базе стандартных экстремальных 1 Орегуляторов, разработанных, например, для корреляционных измерителей скорости.Выход экстремального регулятора13 подключен к выходу блока памяти 14, в ячейках которого записаныдвоичные числа с количеством разря-,дов, равным Н -числу разрядов кольцевого сдвигового режима. Все двоичные числа, записанные в ячейках Облока памяти 14, состоят из целогочисла цифровых периодов по четномучислу и разрядов в каждом периОде,причем в первой половине всех цифровых периодов записан последователь ный ряд логических единиц, а вовторой половине - последовательныйряд логических нулей например,если Й = 12, то в ячейках блокапамяти 14 содержатся двоичныечисла типа: 1100 1100 11001 111000111000 и 1111110000007, Выход блока памяти 14 связан с входом установки кода регистра 8.При работе устройства на входэкстремального регулятора 13 подается гармонический сигнал частоты1 о+ ь от дифференциального усилителя 10. При движении контролируемого объекта происходит изменениеструктуры изображения контролируемого объекта и возникают ситуации,когда средние размеры неоднородностей изображения объекта значительно отличаются от половины шагарастровых решеток 45 и при значительном падении амплитудыгармонического сигнала, существующего на выходе дифференциальногоусилителя 10, на выходе экстремалУного регулятора 13 появляется сигнална переключение в блоке 14 памяти и подачи на вход установки кОда кольцевого сдвигового регистра8 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 сдвигового регистра 8 поочередно ряда двоичных чисел изблока памяти 14, при этом с помощьюэкстремального регулятора 13 осуществляется контроль амплитудыгармонического сигнала на выходедифференциального усилителя 10 и врезультате переключения окончательно в разрядах кольцевого сдвигового регистра 8 будет записаноиз блока памяти 14 число, при котором амплитуда гармоническогосигнала на выходе дифференциальногоусилителя 10 максимальна. Это будетсоответствовать определенному шагу 1 р подвижных растровых решеток,создаваемых в устройстве путем переключений в электронном тракте,а на втором выходе блока памяти 14будет существовать сигнал, характеризующий величину рНа выходе схемы частотного сравнения 12 существует сигнал+2 д =2 -- Мн о,Этот сигнал поступает на одинвход арифметического. устройства 15,а на второй вход поступает сигнал,пропорциональный величине Рр, поступающей от блока памяти 14, Варифметическом устройстве осуществляется деление сигнала 126 навеличину 1 р и определение величины скорости движения объекта Човдоль оси Х при известном фокусномрасстоянии объектива т и расстоянии до объекта Н. На выходе арифметического устройства 15 существует сигнал, пропорциональный скорости движения объекта Чо с учетом направления этого движения,Возможно и иное, не являющеесяосновным, использование устройства,основанное на том, что в нем осуществляется адаптивное изменениешага растровых решеток так, чтосредние размеры неоднородностейиэображения равны половине шага Грт.е. по величине 1 р на выходе бло-.ка памяти 14 возможно определениевеличины средних размеров опмЬяеских неоднородностей объекта, например средних размеров частиц контролируемого потока.1037178 Составитель И. Хаустоведактор В. Лазаренко Техредм.гергель Корректор С.Шекм аказ 6002/471 130 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Ы Тираж НИИПИ Государпо делам из Москва, Ж73венного коретений иРаушская Подписноемитета СССРткрытийаб д, 4/5