Устройство для измерения скорости движения объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее источник света, оптически согласованный черезщелевую диафрагму и объектив с контролируемым объектом и фотоприемником, подключенным выходом через уси-питель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор. Ср2 подключенный к генератору развертки, электрически соединенному с блоком синхронизации, два цифровых измерителя временных интервалов, соединенных с входом арифметического блока, подключенного выходом к регистратору , отличающее с я тем, что, с целью повышения точности, арифметический блок содержит вычитающее и суммирующее устройства, перемножающее и делительное устройства и квадратор, при этом выходы цифровых измерителей -временных интервалов подключены параллельно к входам вычитающего и суммирующего устройств, выходы которых подключены к первому входу делительного устройства и вхо- Щ ду квадратора соответственно, выход (Л последнего соединен с вторым входом делительного устройства, выход котос рого подключен к входу перемножающеIo устройства, соединенного входом с выходом генератора развертки, а выходом - с регистратором. ел а СП 7 у цц У Ф11г1

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) G 01 P 3 36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

4 () )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащее источник света, ойтически согласованный через щелевую диафрагму и объектив с контролируемым объектом и фотоприемником, подключенным выходом через усилитель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор, И ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3492242/18-10 (22) 24.09.82 (46) 23.02.84. Вюл. )) 7 (72) Л.С. Привер (71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Горьковском государственном университете им. Н. И. Лобачевского (53) 531.767(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 626416, кл. G 01 P 3/70, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 484462, кл. G 01 P 3/70, 1973 (прототип) . подключенный к генератору развертки, электрически соединенному с блоком синхронизации, два цифровых измерителя временных интервалов, соединенных с входом арифметического блока, подключенного выходом к регистратору, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, арифметический блок содержит вычитаю щее и суммирующее устройства, перемножающее и делительное устройства и квадратор, при этом выходы цифровых измерителей временных интервалов подключены параллельно к входам вычитающего и суммирующего устройств, выходы которых подключены к первому входу делительного устройства и входу квадратора соответственно, выход последнего соединен с вторым входом делительного устройства, выход которого подключен к входу перемножающего устройства, соединенного входом с выходом генератора развертки, а выходом — с регистратором.

1075165

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости элементов машин и приборов, движущихся лент и других объектов.

Известно устройство для измерения скорости движения объекта, содержащее оптическую сканирующую систему и фотоприемник, подключенный через усилитель и формирователь к измерителям временных интервалов. Устройство 1() реализует известный способ измерения скорости движения объекта (1) .

Однако результаты измерений зави,сят от умения оператора выделить, запомнить формы импульсов от двух не-15 однородностей объекта и произвести

i(например, с помощью осциллографа) измерение интервалов t и tg между замеченными неоднородностями.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит источник света, оптически согласованный через щелевую диафрагму и объектив с контролируемым объектом и фотоприемником, подключенным выходом через усилитель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор, подключенный выходом через усилитель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор, подключенный к генератору развертки, электрически соединенному с блоком синхронизации, два цифровых измерителя временных интервалов, соединенных с входом арифметического блока, подключенного выходом к регистратору12)

Периодическую развертку шероховатой поверхности объекта осуществляют по координате„ параллельной направлению движения„ и принятый сигнал разделяют на два соответственно 4() направлениям развертки. При этом определяют отношение разности и суммы частот этих сигналов и по нему судят о скорости изделия. Частоты определяют как отношение числа импульсов 45

Й от неоднородностей объекта за полупериод развертки t.c,-/2 к его дли 2 N тельнссти (= — — — ) Это означает е г

Pcl $

1 и (n > TC усред- 5() ненными частотами шумообразных сигналов и известное устройство дает низкую точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерения скорости объекта.

Поставленная цель достигает тем, что в устройстве, содержащем источник света, оптически согласованный через щелевую диаграмму и объектив с контролируемым объектом и фотоприемником, Подключенным выходом 60 через усилитель и формирователь к блоку синхронизации, сканатор, подключенный к генератору развертки, электрически соединенному с блоком синхронизации, два цифровых измери- у5 теля временных интервалов, соединенных с входом арифметического блока, подключенного выходом к регистратору, арифметический блок содержит вычитающее и суммирующее устройства, перемножающее и делительное устройства и квадратор, при этом выходы циф- . ровых измерителей временных интервалов подключены параллельно к входам вычитающего и суммирующего устройств, выходы которых подключены к первому входу делительного устройства и входу квадратора соответственно, выход последнего соединен с вторым входом делительного устройства, выход которого подключен к входу перемножающего устройства, соединенного входом с выходом генератора развертки, а выходом — с регистратором.

Eia фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 — схема арифме— тического блока; на фиг.3-,6 — диаг,раммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит источник 1 света, конденсатор 2; щелевую диафрагму 3, сканатор 4, объектив 5, светоделительную призму 6, шкалу 7 со светоконтрастными штрихами (или оптически гладкую поверхность объекта) . На шкалу 7 со штрихами 8 спроектировано изображение щели в диафрагме 3 световой марки 9. Затем лучи попадают в фотоприемник 10, сигналы с которого поступают в электронный блок, состоящий из усилителя 11 импульсов, формирователя (компаратора)

12 с регулируемым уровнем срабатывания, блока 13 синхронизации, генератора привода сканатора (генератора развертки) 14, цифровых измерителей 15 и 16 временных интервалов и арифметического блока 17.

Арифметический блок 17 выполнен в виде вычитающего устройства 18 (фиг.2), суммирующего устройства 19, делительного устройства 20, перемножающего устройства 21, квадратора

22. При этом входы вычитающего устройства 18 и суммирующего устройства

19 параллельно соединены с выходами цифровых измерителей 15 и 16 временных интервалов, а выходы — с первым входом делительного устройства 20 и входом квадратора 22. Выход делительного устройства 20 соединен с входом перемножающего устройства 21, соединенного также входом с выходом zeнератора 14 развертки, а выходом — с регистратором.

Измерение скорости с помощью устройства происходит следующим образом.

Сканатор 4 (например, колеблющаяся плоскопараллельная пластина) приводится в движение от генератора 14 развертки, в результате чего изображение световой марки 9 совершает колебательное движение в плоскости шкалы 7 с амплитудой Х . Величина Ха

1075165

T =Т + —; AC VT Т =Т+

TVc к

V -V

Ск или

Однако T Vc = 4ХО, в результате

При обратном ходе изображения 9 по движущейся шкале 7 (т.е. движении влево) штрих перемещается дважды— в положениях В и О. При этом интервал времени между импульсами меньше периода сканирования на время прохождения световым пятном участка В, т.е. (1)

BD

Т = T

2» Чск

65 измеряется предварительно, например,. с помощью инструментального микроскопа. Расстояние между соседними штрихами превышает 2)(ди поэтому за один период сканировайия в фотоприемнике 10 возникают два импульса при прямом и обратном перемещениях световой марки 9. Импульсы после усилителя 11 и формирователя 12 подаются в блок 13 синхронизации, куда посту-! пает сигнал с генератора 14 разверт- 10 ки. В блоке 13 синхронизации,содержащем логические схемы И,и ИЛИ, происходит разделение по двум каналам импульсов, соответствующих прямому и обратному ходу изображения (световой марки) 9.

Если объект неподвижен, то периоды Т» и Т, измеряемые с помощью двух синхронно запускаемых цифровых измерителей 15 и 16, не отличаются друг от.друга-. В случае движения объекта, например, вправо, периоды будут отличаться.

Для объяснения этого явления предположим, что сканирование происходит с постоянной скоростью М

СK причем траектория сканирования световой марки 9 условно изображена в виде замкнутого прямоугольника

23. — 26 с целью отделения траектории прямого 23-24 хода от траектории обратного 25-.26 (фиг ° 3). Предположим, что штрих 8 вместе со шкалой перемещается вправо с постоянной

-скорос ью Y и занимает поочередно положения A В, С, Д, а скорость сканирования равна ск . Тогда при прямом ходе изображейия (на фиг.3 вправо) один импульс возникает в положении штриха A а следующий импульс при движении светового пятна вправо 40 возникает при положении штриха С.

Интервал времени между импульсами прямого хода не равен периоду сканирования Т и превышает его на время прохождения участка AC т.е. 45 следовательно

Хо

Т2 =1, +V

{2) ск

На фиг. 4-6 представлены графики импульсов с формирователя 12 до разделения их по разным каналам (фиг.4) и после разделения (фиг.5). Измеряемые периоды Т » и Т (через один импульс на. фиг,4) различаются друг от друга и каждый из них имеет постоянное значение при V -const согласно (1) и (2) . Вычитая выражения (1) и (2) с учетом, что скорость сканирования значительно превышает измеряе»»л, мую скорость, и V к =, получим

2Хо т — Т

Т Т

При суммировании (1) и (2) с учетом V „(c V находим T +гк (4)

Подставляя (4) в (3), получим выражение для искомой скорости объекта через измеряемые величины

Хо, Т, и Т2

Ту — Т

8ХО (Т +Т). (5)

При сканировании по синусоидальному закону выражения (1) и (2) справедливы с. достаточной точностью на линейном отрезке траектории сканирования (20-30% размаха сканирования) . При этом V — — — - и выраже 2ЛХ ния (3) и (4) принимают вид

1! Хо

М= т (6) ;ЬТ ь

Однако g(gT)= 5(7,-Ò ) =-ß 8 Т и ьТ

Поэтому

«хО х 8

Т

Из (8) видно, что точность Измерений определяется относительной поги»ршностью измерения периодов Т» и

0 (Т + Т )2 (7)

Таким образом, и в этом случае, измеряя периоды Т» и Т2 и зная амплитуду сканирования Х, можно с помощью формулы (7) вычислить скорость движения объекта и направление его движения (по знаку).

Операции вычисления скорости по этой формуле производятся с помощью цифрового арифметического устройства 17 (фиг.2), на вход которого

ВВОДЯтсЯ Величины Х» Т» T2 °

Погрешность измерений MQKHo определить; исходя из выражения (6), следующим образом

1075165

1Î (9) „(о пТ T Яод касштабного ргсщодис иеюиа фХА о

Т () и амплитудой сканирования °

Велйчина 3Т / 7 зависит от отношения сигнал/шум в импульсном сигнале и крутизны фронтов импульсов.

Точность измерений величин Т и

Tg можно повысить, измеряя их с крат ностью и . При этом погрешность измерений уменьшится в и раз и во столько же раз увеличится длительность измерения

Реализация устройства возможна и в случае оптически неоднородной поверхности объекта. При этом вместо нанесения светоконтрастных штрихов вводится дополнительная операция под. бора уровня срабатывания формирователя. Сигнал с фотоприемника имеет в этом случае хаотический характер.

Однако в любом шумовом процессе имеют место выбросы выше некоторого уровня. В нашем случае это связано с наличием на поверхности объекта локальных максимальных неоднородностей. Поскольку уровень срабатывания формирователя 12 можно регулировать, он выбирается таким образом, чтобы частота появления импульсов была ниже частоты сканирования. В дальнейшем процесс измерений не отличается от описанного выше.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокую точность по сравнению с известным.

1О 51Ь5

«Р

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 491/38

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Власов

Редактор Т. Кугрышева Техред Л.Пилипенко Корректор О. Тигор