Устройство для измерения скорости и направления движения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН За С 0 3 ТЕНИ 1 Жилин ст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ. СВИД(71) Вильнюсский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы Народов государственный университет им. В. Капсукаса(56) 1.Авторское свидетельство СССР У 484462, кл. С 01 Р 3/50, 1975,2. Авторское свидетельство СССР 9 661337, кл. С 01 Р 3/36, 1979 (прототип).(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ, со держащее оптическую систему, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фоточувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертывания; фильтр высокой частоты и блок анали за сигнала, подключенный к выходу фильтра высокой частоты, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с .целью увеличения быстродействия устройства, оно снабжено вторым фильтром высокой частоты, а матрица фоточуввительных элементов выполнена изчетного числа вертикальных и горизонтальных шин, где все нечетные горизонтальные шины подключены к одному, а все,летные горизонталь- .ные шины - к другому фильтру высокой частоты, нечетные вертикальные шины подключены к генератору разЯ 01083117 вертки с переменной скоростью развертывания и соединены попарно счетными вертикальными шинами попорядку, все фоточувствительныеэлементы каждой четной строки одними выводами подключены к четнымвертикальным шинам, а фоточувствительные элементы нечетных строк - кнечетным вертикальным шинам, другими выводами все фоточувствительныеэлементы каждой четной строки подключены к четным горизонтальнымшинам, а нечетных строк - к нечетным горизонтальным шинам, при этомк блоку анализа сигнала дополнительно подключен выход второго фильтравысокой частоты и выход генератораразвертки с переменной скоростьюразвертывания. 2 Устройство по п,1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что. блок анализа сигнала выполнен в виде двух коммутаторов, вычислителя скорости и двух индикаторов нулевого сигнала, управляющий вход первого коммутатора и вход первого индикатора нулевого сигнала соединены с выходом первого фильтра, а управля" ющий вход второго коммутатора и вход второго индикатора нулевого сигнала соединены с выходом второго фильтра высокой частоты, причем сигнальные входы обоих коммутаторов соединены с выходом генератора развертки с переменной скоростью разверты" вания, а выходы коммутаторов - с входом вычислителя скорости.Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения скорости и направления движения различных транспортных средств, а также в системах прикладной робототехники и промьппленной автоматики.Известно устройство, осуществляющее способ измерения скорости полосы, содержащее источник света, фотоэлектрический преобразователь изображения, генератор развертки, коммутатор и функциональный преобразователь 13Данное устройство не обеспечивает 15высокой точности измерения из-завлияния на результаты измерения неравномерности неоднородных участковполосыНаиболее близким к предлагаемому 20является устройство, осуществляющееспособ измерения скорости и направления движения протяженного объекта,например полосы, содержащее оптическую систему, фотоэлектрический 25преобразователь в виде матрицы фото-чувствительных элементов, генераторразвертки с переменной скоростьюразвертывания и блок анализа сигнала,подключенный к фильтру высокой час- З 0тоты 2 .В таком устройстве сканированиеизображения поверхности полосы, скорость движения которой измеряется,производится с переменной скоростьюпри помощи колеблющейся вдоль направления движения по известному законуоптической системы, Для определенияскорости и направления движения полосы фиксируются моменты времени,40когда скорость механического перемещения элементов изображения поверхности относительно фоточувствительных элементов равна нулю.Недостатком устройства являетсясравнительно низкое быстродействие,обуславливаемое необходимостью механического сканирования изображения поверхности полосы периодическив двух направлениях: совпадающем сдвижением полосы и встречном. Вовремя скнирования иэображения вовстречном направлении измерение скорости не производится.Цель изобретения - увеличениебыстродействия устройства,Для достижения поставленной целиустройство для измерения скорости и Благодаря осуществлению опроса фоточувствительных элементов преобразователя с помощью генератора развертки с переменной скоростью разверты1083117, аным шинам 9, а в четных строках -одними выводами к четным вертикальным шинам 12 и четным горизонтальнымшинам 10 (Фиг, 2). В качестве фоточувствительных элементов 8 могут применяться фоторезисторы, фотодиоды,фототранзисторы, а также аналогич-,ные фоточувствительные к световомуизлучению приемники, а в качествегенератора 6 развертки с переменнойскоростью развертывания можно применить, например, многоканальный коммутатор, управляемый генератором качающейся частоты.Блок анализа сигнала состоит издвух коммутаторов 13 и 14, вычисли-теля 15 скорости движения, выполняющего операции вычисления и усреднениязначения искомой скорости, и двухиндикаторов 16 и 17 нулевого сигнала,в качестве которых могут применяться, например, цифровые или аналоговые измерители напряжения, выдающиена выходе информацию при появлениина его входе сигнала менее некоторого заранее установленного порога,Управляющий вход первого коммута-.тора 13 соединен с выходом первогоФильтра 4 высокой частоты, а управляющий вход второго коммутатора 14с выходом второго фильтра 5 высо"кой частоты. Сигнальные входы коммутаторов 13 и 14 подключены к генератору 6 развертки с переменной ско-ростью развертывания, а выходы соединены с входом вычислителя 15, навыходе которого выдаются результатыизмерения скорости движения. К выходу первого фильтра 4 также подключенпервый индикатор 16 нулевого сигнала, "а к выходу второго Фильтра 5 - вто-рой индикатор 17 нулевого сигнала.Устройство работает следующим образом. вания, а также описанному соединению шин и включению Фоточувствительных элементов в матрице преобразователЕ отпадает необходимость сканирования изображения протяженного объекта в 5 двух направлениях по заранее известному закону механическим способом, что позволяет увеличить быстродей ствие устройства.На Фиг. 1 схематически изображе О но предлагаемое устройство; нафиг. 2 - структурная схема электрической части устройства;.на фиг,З кривая зависимости длительности опро са фоточувствительных элементов от 15 времени вдоль строки матрицы фотоэлектрического преобразователя. Устройство состоит из оптической системы 1 (фиг. 1), проектирующей изображение протяженного объекта 2 на Фотоэлектрический преобразователь 3, двух фильтров 4 и 5 высокой частоты, генератора 6 развертки с переменной скоростью развертывания и блока 7 анализа сигнала, Фотоэлектрический преобразователь 3 выполнен в виде матрицы фоточувствительных элементов 8 (фиг. 2), имеющей четное число горизонтальных и четное число вертикальных шин, где все нечетные горизонтальные шины 9 под-, ключены к первому фильтру 4, а все четные горизонтальные шины 10 - к второму фильтру 5 высокой частоты. Нечетные вертикальные шины 11 под ключены к генератору 6 развертки с переменной скоростью развертывания и соединены попарно с четными вертикальными шинами 12 по порядку, начиная с первой нечетной вертикаль-" 40 ной 11 и последней четной вертикальной 12 шин. Все фоточувствительные элементы 8 каждой четной строки одними выводами подключены к четным вертикальным шинам 12, а 45 фоточувствительные элементы 8 нечетных строк - к нечетным вертикальным шинам 11; вторыми выводами все фото-чувствительные элементы 8 каждой четной строки подключены к четным 50 горизонтальным шинам 10, а фоточувствительные элементы 8 нечетных строк - к нечетным горизонтальным шинам 9, например, в нечетных стро- . ках фоточувствительные элементы 855 одними выводами подключены к нечет- ным вертикальным шинам 11 и вторыми выводами - к нечетным горизонталь" Изображение поверхности протяженного объекта 2 проектируется на фотоэлектрический преобразователь 3 (фиг. 1). Последовательный опрос фоточувствительных элементов 8 производится одновременно во всех строках, причем в каждой второй строке опрос начинают с первого фоточувствительногоэлемента 8, ав то же время в остальных строках опроспроизводится в обратном порядке, начиная с последнего элемента. Это возможно благодаря описанному соединению нечетных и четных вертикальных шин 11ЗО Ч Г) = Ч (Г) - Ч К, отн Р х 1 и 12 матрицы. За время Т поэлементного опроса строки длительность 7 (С) опроса одного фоточувствительного элемента 8 монотонно меняются по некоторому закону (например, линейному) 5 от своего максимального значенияв момент Сн начала периода опроэш хса до минимального значениями в момент йк окончания периода опроса строки (фиг. 3),или наоборот - от ми О нимального до максимального значения. Таким образом, по ходу опроса строк одновременная развертка фото- электрического преобразователя .3 в обоих направлениях производится с переменной скоростью.Из-за наличия оптических неоднородностей протяженного объекта, скорость и направление движения которого требуется измерить, и перемещения их изображения относительно фотоэлектрического преобразователя 3 на каждой, например 1-й,строке возникает сигнал, частота которого Р; вьуажается251 = ш 1 Чот.н,где Ч- относительная скоростьотнперемещения элемента изображения протяженного объекта 2 на поверхности фотоэлектрического преобразователя 3 относительно скорости Ч(й) опроса фоточувствительного элемента 8 вдоль строки;ш 1 - коэффициент, зависящий от плотности фоточувствительных элементов 8 в фотоэлектрическом преобразователе 3 и плотности оптических неоднородностей протяженного объекта 2.Иоментную скорость Ч (С) опроса фоточувствительного элемента 8 вдоль строки можно определить по формулеАэ 1 хгде А - шаг между фоточувствитель 3ными элементами 8 в матрице;- одиночный вектор, направле"ние которого соответствует 50направлению опроса фоточувствительных элементов 8 встроке.Если искомая скорость движения объекта Ч, то скорость Ч нопреде-55 ляется из уравнения где К - коэффициент, учитывающий свойства оптической системы,Иэ последней формулы видно, что в случае совпадения направления дви,жения изображения протяженного объекта 2 и направления опроса фоточувствительных элементов 8 в строке. наступит момент времени С , когда Ч (г. )=О. Это означает, что в строках, где направление опроса и направление движения изображения протяженного объекта 2 совпадают в некоторый короткий промежуток времени, определяемый крутизной кривой изменения Тэ(т.) (фиг. 3), на нескольких соседних фоточувствительных элементах 8 с малоотличающейся длительностью опроса, во время опроса каждого из них будет проектироваться изображение того же элемента поверхности протяженного объекта 2, а сигнал на выходе этих строк за это время будет постоянным, Таким образом, за время опроса одного фоточувствительного элемента 8 расстояние перемещения элемеита поверхности протяженного объекта 2 на поверхности фотоэлектрического преобразователя 3 равно шагу Аэ между фоточувствительными элементами 8. Тогда искомая скорость Ч х определяется по формулеАэх = -,(Д.Кгде( ) - длительность времени4опроса того фоточувствительногоэлемента 8, скорость опроса которогосовпадает со скоростью передвиженияизображения протяженного объекта 2на поверхности фотоэлектрическогопреобразователя 3. На выходе строк, в которых направление опроса и направление движения изображения протяженного объекта 2 совпадают, в момент времени с появляется постоянный сигнал, который подается на вход, например первого фильтра 4 высокой частоты, и на выходе того же фильтра 4 появляется нулевой сигнал, т.е, сигнал менее некоторого установленного порога. На вы" ходах строк, в которых направление опроса и направление движения изображения протяженного объекта 2 не совпадают, за всевремя Т поэлементного опроса строки будет переменный сигнал, который подается на второй фильтр 5 высокой частоть 1, на1083117 35 выходе которого сигнал также будет переменным. Далее сигналы с фильтров 4 и 5 поступают в анализатор сигналов 7, состоящий иэ двух коммутаторов 13 и 14, вычислителя 15 скорости движения и двух индикаторов 16 и 17 нулевого сигнала. С момента появления нулевого сигнала на управляющем входе одного из коммуторов 13 и 14 генератор 6 развертки с переменной скоростью развертывания подключается этим коммутатором 13 или 14 к вычислителю 15 скорости, где по длительности поступающих из генератора 6 развертки с переменной скоростью развертывания импульсов опроса(С ) шагу А и постоянному коэффициенту.К, согласно последней приведенной формуле, вычисляется и., за время действия нулевого сигнала усредняется искомая скорость движения протяженного объекта 2. Следует отметить, что в этом случае отпадает необходимость зараней известности закона з (С), так как сама моментная длительность (или частота) сигналов опроса непосредственно используется для вычисления искомой скорости.Число фоточувствительных элементов 8 в каждой строке, а также число строк выбираются в зависимости от необходимой точности и достоверности измерения, а также области применения устройства.Диапазон монотонного изменения длительности опроса фоточувствительногоэлемента 8 выбирается соответствен 8но с возможной максимальной н минимальной скоростью движения протяженного объекта 2. Крутизна изменениядлительности опроса фоточувствитель ных элементов 8 обуславливает числофоточувствительных элементов 8 встроке, сигналы от которых будут постоянными. При меньшей крутизне числоподряд идущих фоточувствительных 10 элементов 8, выдающих постоянныйсигнал, будет больше; тем самымувеличится точность измерения.По сравнению с известным предлагаемое устройство отличается повышен 15 ным быстродействием из-за исключения необходимости механического ска- .нирования иэображения поверхностипротяженного объекта 3 в двух направлениях путем колебания оптической 20 системы. В предлагаемом устройствепроизводится электрическое сканирование матричного фотоэлектрическогопреобразователя 3 одновременно вдвух направлениях благодаря описан ному соединению нечетных и четныхвертикальных шин 11 и 12 и включению фотоэлектрических элементов 8 вматрице, что повышает быстродействие устройства не менее чем в 2 раза. Кроме того, предлагаемое устройство проще, так как в известном для осуществления сканирования изображения протяженного объекта 2 с помощью колеблющейся оптической системы по заданному закону необходима сложнак система механического привода.1083117 Составитель Ю, ВласоТехРед Л.Коцюбняк КорректорГ. Решетник РеДактор О. Сопк 9 Тираж 823 П дВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 Заказ 17353 о писное еютю ешаеешв еюееилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн