Устройство для измерения скорости движения объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОциАлистическиРЕСПУБЛИК 1827024 91 БЦ 6 01 Р 3/ Е ИЗОБРЕТЕНИ ПИСАНИ РЛАйА 1 ЕНТНФ-ТЕ ьиьлиОтен К ПАТЕН ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Самарский политехнический институт им.В.В.Куйбышева(72) А.М.Абакумов, В.Е.Агеев, В.Н.Войтенко, П.К.Кузнецов и В.И,Семавин (73) Самарский политехнический институт (56) Авторское свидетельство СССР М 1262384, кл. 0 01 Р Д/36, 1984,Авторское свидетельство СССР М 1742729, кл. 6 01 Р 3/36, 1989.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЬЕКТА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения протяженного оптического неоднородного обьекта, Устройство содержит: 2 объектива (1, 2), 2 прямоугольных приемника излучения (3, 4), 2 пары линейных приемников излучения( 7, 8. 9, 10), 2 блока диФференцирования (5, 6), 3 блока вычитания (11, 12, 16), 3 блока умножения (13, 15, 17), 1 блок деления (14), 3-5- 17-16-14, 7-11-15-16, 5-13-14, 9-12-17, 4-6-13, 8-11, 10-12, 6-15. 3 ил.= (Х -Х), Н В устройстве-прототипе выходкой сигнал Овык формируется блоком деления, на вход которого подаются сигналы с выхода блока дифференцирования и блока вычитания применительно к фиг.1 он равен: 5 где Кз - . постоянный коэффициент (В с). 10Таким образам, выходной сигнал устройства для определения скорости движения объекта 18 пряма пропорционаленвеличине скорости и не зависит от расстояния между обьектом и обьективом. 15Покажем справедливость формулы. (1) -(3),Объектив 1 (Фиг.2 а) формирует изображение обьекта 18 на чувствительных поверхностях прямоугольного приемника 20излучения 3 и двух линейных приемниковизлучения 7, 8, расположенных в плоскостиизображения объектива 1 нормально направлению движения обьекта, С плоскостью изобретения объектива 1 связана 25система координат ХОУ, начало которой,для простоты дальнейших рассуждений, находится на оптической оси 001 обьектива 1и совпадает с центром площади прямоугольного приемника излучения.3. Оптическая ось 001 объектива 1 нормальнаплоскости объекта 18, с которой связанапрямоугольная система координат ХОУ, ОсьОХ системы координат ХОУ параллельнанаправлению движения абьекта. 35В плоскости обьекта 18 произвольновыберем тачку М с координатами Хы, Уы всистеме координат ХОУ, яркость которойравна Вм, Тачке 1 А в системе координат ХОУбудет соответствовать ее иэображение в 40точке п с координатами хв, у 1 п, освещенность которой равна Е 1 в. Если плоскостьобъекта 18 удалена на значительное расстояние Н от входного зрачка абьектива (Нт, где т- заднее Фокусное расстояние обьектива 1), то, как следует иэ фиг,2 а, междуКООРДИНатаМИ Хв 1 И Хы СУЩЕСтВУЕт ЭаВИСИмасть: где Х 1 - проекция точки 01 пересечения оптической оси 001 обьектива 1 с плоскостью объекта.18 на ось ОХ. 55При движении объекта 18 с постоянной скоростью Ч в направлении, укаэанном на фиг.2 а стрелкой, координата Х 1 будет изменяться па зависимости Х 1= Х 1 о+ Ч 1 (5)где Х 1 о - начальное положение точки Х 1 при1=0;1 - текущее время (с),После подстановки (5) в (4) получим; Из (8) определим скорость перемещения точки Гл - Чп вдоль оси ОХ: Пусть на абсолютном темном объекте 18 имеются три светлые прямоугольные области 61, 62 и Оз с постоянным значением яркости В 1, В 2 и Вз, внутри каждой области 01, 62 и Сз. Пусть стороны прямоугольных областей параллельны осям координат ОХ и ОУ, а их изображения ц 1, 92 и цз с постоянным значением освеценности Е 1, Е 2 и Ез формируются объективом 1 так, как показано на фиг,2 б, Тогда величины потоков излучения, приходящих на прямоугольный приемник излуче 1 сня 3 и линейные приемники излучения 7 и 8 будут соответственно равны: СЬ =Е 1(е 1 - а 1(1 ЛС 11+Е 2(Ь 2 Я ЬЯ б+ + ез(с 2(1 чуз. где аф), аф), Ьф), Ьф), с 1(Т), С 2(Т) - координаты прямоугольных областей ц 1, ц 2 и цэ в системе координат ХОУ; е 1 и е 2 - координаты прямоугольного приемника излучения 3 в системе координат хОУ; й, а 2 и аз - высота прямоугольных областей ц 1, ц 2 и цз; Я - ширина линейных приемников иэлучения 7 и 8.Реальную картину распределения функции яркости В (Х, У) абьекта 18 можно представить в виде бесконечно большого числа бесконечно малых по размерам областей 611, (321 и 631, ВГ 1 лотную примыкающих друг к другу и имеющих внутри каждой области постоянное значение яркости Ви, В 21 и Вз 1. Тогда реальную картину распределения функции освещенности Е(х, у) в плоскости изображения объектива 1 можно представить в аиде бесконечно большого числа бесконечно малых по размерам прямоугольных областей цп, ц 21 и цз 1, вплотную примыкающих друг к ругу и имеющих вну ри каждой области постоянное значение освещенноЬ =Кфир: 07=К,ф 7; Ов =КфФе,(10) сти Е 1, Ег и Ез. В этом случае величины потоков излучения, приходящих на прямоугольный приемник излучения 3 и бесконечные узкие линейные приемники излучения 7 и 8 будут равны; Фз =, Е 1(еа(тб+ =1+Х Ез(С 2(т) - ег) бз(9) =1 где- номер области,Выходные сигналы прямоугольногоприемника излучения 3 и двух линейныхприемников излучения 7, 8 (фиг,1) равны; где Кф - коэффициент преобразования приемников излучения 3 и 7, 8 (В/лм),Выходной сигнал О 1 блока вычитания 11 равен: КфЯ( , ЕФ - , ЕзФз) (11) =1 =1 Выходной сигнал 05 блока дифференцирования 5 найдем из (9) с учетом (7) и (9) - (11): 05 Т з Ткф( Г Е - Ча+б Оз- Н ОО+Ег - +Ч+ Ч)12 -,"Ез - бз) - - =1Н ОО Об ТЧ - Кф(Еб- Еэ 4 з)=где Т - постоянная времени дифференциатора 5 (с).Обозначив К 1" ТМБ, получим выражением (1)5 Аналогично выводятся выражения (2) для 10 выходного сигнала Ое блока дифференцирования 6 и 02 блока вычитания 12: Ов - 012 К 1.ЧН+ЬВыходной сигнал 0 з первого блока ум ножения 13 равен; г О з" гпз 050 е =1 з -- -+ т К 1 01012,(13)где п 1 з- масштабный коэффициент первогоумножителя 13 (1/В),Выходные сигналы 0 5 и О 17 третьего 15и второго 17 блоков умножения равны:25 05= В 501 Ое п 115 Н 1 0102 К 1; (14)Ч 30 О 7 = п 170502- гп 7 - О 1012 К 1 (15)Ч где т 5 и а 17 - масштабные коэффициенты второго умножителя 15 и третьего умножителя 17 (1/В),При выполнении условия т 5= п 17, пол учим выражение для выходного сигнала 01 е третьего блока вычитания 16: Ое - О 7- 05- Чв 501012 К 1 х40фд р - + .Й Й+ п 5 О 2 К.(17) где п 4 - масштабный коэффициент блокаделения 14 (В).Обозначив в (16) К 2 " п 4,пзК/т 15 г,получим выражение (3): Функциональная схема блока деления 14 (фиг,3) содержит первую 19 и вторую 20 схемы выделения абсолютной величины сигнала, первый 21 и второй 22 компарато 1827024 10ры, первый 23 и второй 24 фильтры нижних частот, логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, делитель 26, коммутатор 27, Выход первого умножителя 13 через первую схему выделения абсолютной величины сигнала 19 через первый фильтр нижних частот 23 соединен со входом Вх 1 делителя 26, выход которого соединен с первым входом коммутатора 27. Кроме этого, выход первого умно- жителя 13 через первый компаратор 21 соединен с первым входом логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, выход которой соединен со вторым входом коммутатора 27. Выход третьего вычитателя 16 через второй кампаратор 22 соединен са вторым входом логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и, кроме этого, выход третьего вычитателя 16 через вторую схему выделения абсолютной величины сигнала 20 и второй фильтр нижних частот 24 соединен с входом Вх 2 делителя 26.Блок деления 14 работает следующим образом,Входные сигналы О 1 з и 016 блока деления 14, как следует из описания работы устройства для измерения скорости движения объекта, знакопеременные. Они имеют одинаковые знаки при принятом за положительное направление скорости и противоположные - при отрицательной скорости.Выходной сигнал 01 э первой схемы выделения абсолютной величины сигнала 19 равен абсолютному значению выходного сигнала 01 з первого умножителя 13 (01 о = 01 з ), а выходной сигнал Ога второй схемы выделения збсолютной величины сигнала 20 равен абсолютному значению выходного сигнала Ои третьего вычитателя 16 (02 о - 015 ), Первый фильтр нижних частот 23 и второй фильтр нижних частот 24 уменьшают пульсации сигналов 01 э и 02 о и, следовательно, увеличивают постоянные составляющие этих сигналов, Выходные сигналы фильтров нижних частот 02 з и 02 а положительны и связаны между собой коэффициентом пропорциональности Ч,где Ч - модульскорости движения объекта. Выходной сигнал 026 делителя 26 равен:026 - = гп 26У- (18)02 з п 11 з К 1Оы Гп 15игде гп 26 - масштабный коэффициент делителя 26.Выходной сигнал 021 компаратора 21 равен лог.1 при О 1 з0 и - лог,О при О зО, Выходной сигнал 022 компаратора 22 равен лог,1 при 0160 и - лог,О при 015О.25 30 35 40 блоков умножения, выход второго блока 4550 51015 выходной сигнал 025 схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25 равен лог.1, если только один из сигналов 021 и 022 равен лаг,1 и равен лог,О, если оба сигнала 021 и 022 имеют одинаковые уровни лог,О или лаг,1. Таким образом, сигнал 025 имеет уровень лог,О, если скорость относительнога движения обьекта положительна (Ч0) и - уровень лог,1 если скорость отрицательна (ЧО).Коммутатор 27 имеет коэффициент передачи, равный+1 при сигнале 025, равному лог,О, и равный - 1 при сигнале 025. равному лог.1. Следоваетельно, выходной сигнал 02 т коммутатора 27 равен; 027 = гп 26 Ч (19)1 п 15иФормула изобретения Устройство для измерения скорости движения обьекта, содержащее оптическую систему, две пары линейных приемников излучения, выходы однои из которых саединены с соответствующими входами первого блока вычитания, второй блок вычитания, блок дифференцирования и блок деления,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены двз прямоугольных приемника излучения, третий блок вычитаний, второй блок дифференцирования и три блок умножения, при этом выходы отарой пары линейных приемников излучения соединены с соответствующими входами второго блока вычитания, выходы первого и второго прямоугольных приемных излучения соединены соответственно с входами первого и второго блоков дифференцирования, выход первого блока дифференцирования соединен с.первыми входами первого и второго дифференцирования соединен с вторыми входами первого и третьего блоков умножения, выход первого блока вычитания соединен с первым входом третьего лака умножения, а выход второго блока вычитания соединен с вторым входом второго блока умножения, выход первого блока умножения соединен с первым входом блока деления, выходы второго и третьего блоков умножения соединены соответственно с вторым и первым входами третьего блока вычитания, выход катарага соединен с вторым входом блока деления, при этом каждыи иэ прямоугольных приемников излучения размещен в каждой паре линейных приемников излучения между ними, оптическзя система содержит два объектива, оптические аси которых параллельны, а плоскасть установки второго объектива смеще%а.5Составитель В. СемавинТехред М. Моргентал Корре Реда кт екэр улако каз 2332 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4 Р 5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 мФ: Ф 1 Э ю на вдоль своей оси по отнощению к первому обьективу на расстояние иН, где Н - . расстояние между первым объективом иконтролируемым объектом,