Устройство для измерения скорости и направления движения

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ, содержащее оптическую систему, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фоточувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертывания, фильтр высокой частоты и блок анализа сигнала, подключенный к выходу фильтра высокой частоты, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства , оно снабжено вторым фильтром высокой частоты, а матрица фоточувствительных элементов выполнена из четного числа вертикальных и горизонтальных шин, где все нечетные горизонтальные шины подключены к одному, а все летные горизонтальные шины - к другому фильтру высокой частоты, нечетные вертикальные шины подключены к генератору развертки с переменной скоростью развертывания и соединены попарно с четными вертикальными шинами по порядку, все фоточувствительные элементы каждой четной строки одними вьгаодами подключены к четным вертикальным шинам, а фоточувствительные элементы нечетных строк - к нечетным вертикальным шинам, другими выводами все фоточувствительные элементы каждой четной строки подключены к четным горизонтальным шинам, а нечетных строк - к нечетным горизонтальным шинам, при этом к блоку анализа сигнала дополнительно подключен выход второго фильтра высокой частоты и выход генератора развертки с переменной скоростью развертывания. 2..Устройство по п.1, отличающееся тем, чтоблок анализа сигнала вьшолнен в виде двух коммутаторов, вычислителя скоСХ ) рости и двух индикаторов нулевого сигнала, управляющий вход первого со коммутатора и вход первого индикагора нулевого сигнала соединены с выходом первого фильтра, а управляющий вход второго коммутатора и вход второго индикатора нулевого сигнала соединены с выходом второго фильтра высокой частоты, причем сигналыше входы обоих коммутаторов соединены с выходом генератора развертки с переменной скоростью развертывания , а выходы коммутаторов - с входом вычислителя скорости.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PEGllYSËÈÍ

„„SU„„1083117

3(59 G 01 Р 3/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3496629/18-10 (22) 04. 10. 82 (46) 30. 03. 84. Бюл. В 12 (72) З.И. Близникас, П.-Ю.П. Жилинскас и А.Е. Мешкаускас (71) Вильнюсский ордена Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы

Народов государственный университет им. В. Капсукаса (53) 531.767(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 484462, кл. G 01 P 3/50, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

& 661337, кл. G 01 P 3/36, 1979 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ, содержащее 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 фоточувствительных элементов выполнена из четного 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 развертки с переменной скоростью развертывания и соединены попарно с четными вертикальными шинами по порядку, все фоточувствительные элементы каждой четной строки одними выводами подключены к четным вертикальным шинам, а фоточувствительные элементы нечетных строк — к нечетным вертикальным шинам, другими выводами все фоточувствительные элементы каждой четной строки подключены к четным горизонтальным шинам, а нечетных строк - к нечетным горизонтальным шинам, при этом к блоку анализа сигнала дополнительно подключен выход второго фильтра высокой частоты и выход генератора развертки с переменной скоростью развертывания.

2..устройство по п. 1, о т л и— ч ающе е ся 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 развертывания, а выходы коммутаторов - с входом вычислителя скорости.

1083117

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, фото- 10 электрический преобразователь изображения, генератор развертки, коммутатор и функциональный преобразователь (13.

Данное устройство не обеспечивает 15 высокой точности измерения из-за влияния на результаты измерения неравномерности неоднородных учас гков полосы

Наиболее близким к предлагаемому 20 является устройство, осуществляющее способ измерения скорости и направления движения протяженного объекта, например полосы, содержащее оптическую систему, фотоэлектрический 25 преобразователь в виде матрицы фото- чувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертывания и блок анализа сигнала, подключенный к фильтру высокой частоты (2 ). !

В таком устройстве сканирование изображения поверхности полосы, скорость движения которой измеряется, производится с переменной скоростью при помощи колеблющейся вдоль направления движения по известному закону оптической системы. Для определения скорости и направления движения полосы фиксируются моменты времени, 40 когда скорость механического перемещения элементов изображения поверхности относительно фоточувствительных элементов равна нулю.

Недостатком устройства является сравнительно низкое быстродействие, обуславливаемое необходимостью механического сканирования изображения поверхности полосы периодически в двух направлениях: совпадающем с движением полосы и встречном. Во время скнирования иэображения во встречном направлении измерение скорости не производится.

Цель изобретения — увеличение быстродействия устройства.

Для достижения поставленной цели устройство для измерения скорости и направления движения, содержащее оптическую систему, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фоточувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертывания, фильтр высокой частоты и блок анализа сигнала, подключенный к выходу фильтра высокой частоты, снабжено вторым фильтром высокой частоты, а матрица фоточувствительных элементов выполнена из четного числа вертикальных и четного числа горизонтальных шин, где все нечетные горизонтальные шины подключены к одному, а все четные горизонтальные шины — к другому фильтру высокой частоты, нечетные вертикальные шины подключены к генератору развертки с переменной скоростью развертывания и соединены попарно с четными вертикальными шинами по порядку, начиная с первой нечетной и последней четной шин, все фоточувствительные элементы каждой четной строки одними выводами подключены к четным вертикальным шинам, а фоточувствительные элементы нечетных строк — к нечетным вертикальным шинам, другими выводами все фоточувствительные элементы каждой четной строки подключены к четным горизонтальным шинам, а нечетных строк— к нечетным горизонтальным шинам,при этом в блоку анализа сигнала пропорционально подключен выход второго фильтра высокой частоты и выход генератора развертки с переменной скоростью развертывания.

Блок анализа сигнала выполнен в виде двух коммутаторов, вычислителя скорости и двух индикаторов нулевого сигнала, управляющий вход первого коммутатора и вход первого инликатора нулевого сигнала соединены с выходом первого фильтра, а управляющий 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 развертывания, а выходы коммутаторов— с входом вычислителя скорости.

Благодаря осуществлению опроса фоточувствительных элементов преобразователя с помощью генератора развертки с переменной скоростью разверты1083117, 4 ным шинам 9, а в четных строках— одними выводами к четным вертикальным шинам 12 и четным горизонтальным шинам 10 (фиг. 2). В качестве фоточувствительных элементов 8 могут применяться фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, а также аналогич-. ные фоточувствительные к световому излучению приемники, а в качестве генератора 6 развертки с переменной скоростью развертывания можно применить, например, многоканальный коммутатор, управляемый генератором качающейся частоты.

Блок анализа сигнала состоит из двух коммутаторов 13 и 14, вычислителя 15 скорости движения, выполняющего операции вычисления и усреднения

1 значения искомой скорости, и двух индикаторов 16 и 17 нулевого сигнала, в качестве которых могут применяться, например, цифровые или аналоговые измерители напряжения, выдающие на выходе информацию при появлении на его входе сигнала менее некоторого заранее установленного порога.

Управляющий вход первого коммута-. тора 13 соединен с выходом первого фильтра 4 высокой частоты, а управляющий вход второго коммутатора 14 с выходом второго фильтра 5 высокой частоты. Сигнальные входы коммутаторов 13 и 14 подключены к генератору 6 развертки с переменной ско- ростью развертывания, а выходы соединены с входом вычислителя 15, на выходе которого выдаются результаты измерения скорости движения. К выходу первого фильтра 4 также подключен первый 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 преобразователя отпадает необходимость сканирования изображения протяженного объекта в двух направлениях по заранее известному закону механическим способом.

-что позволяет увеличить быстродей-ствие устройства.

На фиг. 1 схематически изображе- 10 но предлагаемое устройство; на фиг. 2 — структурная схема электри-. ческой 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- 35 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 8 55 одними выводами подключены к нечет- ным вертикальным шинам 11 и вторыми выводами — к нечетным горизонтальИзображение 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 фоточувствительного элемента 8, а в то же время в остальных строках опрос производится в обратном порядке, начиная с последнего элемента. Это возможно благодаря описанному соединению нечетных и четных вертикальных шин 11

1083117

V (t) = V (t) — V К, отн Р X 1 и 12 матрицы. За время Т поэлемент ного опроса строки длительность Т (t) опроса одного фоточувствительного элемента 8 монотонно меняются по некоторому закону (например, линейному) от своего максимального значения

>, „в момент t> начала периода опроЭ >>> с са до минимального значения > „в момент t окончания периода опроса строки (фиг. 3),или наоборот — от ми- 1О нимального до максимального значения. Таким образом, по ходу опроса строк одновременная развертка фото- элек рнческого 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 i-й,строке возникает сигнал, частота которого

F; вьуажается

m1,Чот„(t)» где V „() — относительная скорость отн перемещения элемента изображения протяженного объекта 2 на поверхности фотоэлектрического преобразователя 3 относительно скорости

V>(t) опроса фоточувствительного элемента 8 вдоль строки;

m1 — коэффициент, зависящий от плотности фоточувствительных элементов 8 в фотоэлектрическом преобразователе 3 и плотности оптических неоднородностей протяженного объекта 2.

Иоментную скорость U<(t) опроса фоточувствительного элемента 8 вдоль строки можно определить по формуле

Аэ х где А — шаг между фоточувствительЭ ными элементами 8 в матрице; — одиночный вектор, направление которого соответствует 50 направлению опроса фоточувствительных элементов 8 в строке.

Если искомая скорость движения объекта Ч„, то скорость Ч „определяется из уравнения где К вЂ” 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 t 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 () (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 формуле

Ау х -,(д К где (t ) - длительность времени

4 опроса того фоточувствительного элемента 8, скорость опроса которого совпадает со скоростью передвижения изображения протяженного объекта 2 на поверхности фотоэлектрического преобразователя 3.

На выходе строк, в которых направление опроса и направление движения изображения протяженного объекта 2 совпадают, в момент времени t+ 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 все..время Т поэлементного опроса строки будет переменный сигнал, KoTopb>H подается на второй фильтр 5 высокой >астоть1, на

1083117

Зо

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 коммутато- . ром 13 или 14 к вычислителю 15 скорости, где по длительности поступающих из генератора 6 развертки с переменной скоростью развертывания импульсов опроса . (й «) 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 > (t), 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 фоточувствительного элемента 8 выбирается соответствен8 но с возможной максимальной н минимальной скоростью движения протяженного объекта 2. Крутизна изменения длительности опроса фоточувствительных элементов 8 обуславливает число фоточувствительных элементов 8 в строке, сигналы от которых будут постоянными. При меньшей крутизне число подряд идущих фоточувствительных

10 элементов 8, выдающих постоянный сигнал, будет больше; тем самым увеличится точность измерения.

По сравнению с известным предлагаемое устройство отличается повышен15 ным быстродействием из-за исключения необходимости механического ска- . нирования иэображения поверхности протяженного объекта 3 в двух направлениях путем колебания оптической

20 системы. В предлагаемом устройстве производится электрическое сканирование матричного фотоэлектрического преобразователя 3 одновременно в двух направлениях благодаря описан25 ному соединению нечетных и четных вертикальных шин 11 и 12 и включе нию фотоэлектрических элементов 8 в матрице, 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

1083117

+®max.

Фаа.8

Составитель Ю. Власов

ТехРед Л.Коцюбняк КорректорГ. Решетник

РеДактор О. Сопко

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

Заказ 1735/39 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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