Устройство для измерения скорости протяженного объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости перемещения объекта относительно подстилающей отражающей поверхности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения второй компоненты скорости объекта. Объективами формируются изображения различных участков освещенной поверхности в четырех различных точках, расположенных под углами 90°С друг к другу на одинаковом расстоянии от оси вращения растра-модулятора. Оптический сигнал преобразовывается в электрический фотоприемниками, с выходов которых после полосовой фильтрации и усиления сигнал поступает в блоки 19-22 первичной обработки сигнала (БПОС). Каждый БПОС содержит систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с перестраиваемым гетеродином (ПГ) и обнаружитель сигнала. Выходные сигналы ФАПЧ БПОС 19-22 соответственно поступают на вторые входы блоков 24-27 вычитания частот, на первые входы которых подается сигнал опорной частоты генератора 23. С выходов блоков 24 и 25 сигналы поступают на входы блока 28 сравнения частот, а с выходов блоков 26 и 27 - на входы блока 29 сравнения. Для повышения помехоустойчивости измерений введены блоки управления коррекцией частоты перестраиваемых гетеродинов в системах ФАПЧ. Сигнал рассогласования с выходов блоков 28 и 29 поступает через блоки управления коррекцией на один из входов ПГ. Информацию о необходимости подстройки ПГ несут управляющие

московский институт электронного машиностроения

институт проблем управлениядымшиц раиса марковна

пчельников юрий никитич

совлуков александр сергеевич

яворский марк анатольевич+4793966

+2068851

+0229531метноD oF меаSURING VеLосIтY oF FLoW oF DIеLестRIс SUвSтаNсе11 125206 москва, пр-д соломенной сторожки 12 вниипигидротрубопровод11 129075 москва, мурманский пр. 16-10

11 103009 москва, горького 4-115

11 105318 москва, измайло

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSU ÄÄ 1543347 (51)5 G 01 Р 3/36

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4275225/24-10 (22) 03.07.87 (46) 15.02.90. Бюл. ¹ 6 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В.В.Артемьев, А.A.Øåõîíèí и Г.Н.Юркова (53) 531.7(088.8) (56) Шахгильдян В.В. Системы фазовой автоподстройки частот с элементами дискретизации: M. Связь, 1979, с. 170 °

Авторское свидетельство СССР

Ф 1262384, кл. С 01 Р 3/36, 1985. (54) УСТРОЙСТВО Щ1Я ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОТЯИЕННОГО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости перемещения объекта относительно подстилающей отражающей поверхности. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет дополнительного измерения второй компоненты скорости объекта, Объективами формируются. иэображения различных участков освещенной поверхности в четырех различных точках, расположенных под углами 90 друг к другу на одинаковом расстоянии от оси вращения растра-модулятора. Оптический сигнал преобразовывается в электрический фотоприемниками, с выходов которых после. полосовой фильтрации и усиления сигнал поступает в блоки 19 — 22 первичной обработки сигнала (БПОС). Каждый

БПОС содержит систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с перестраиваемым гетеродином (ПГ) и обнаружитель сигнала. Выходные сигналы

1543347

ФЛ1!Ч !!ПОС 19 — 22 соответственно поступают на вторые входы блоков 24—

27 вычитания частот, на первые входы которых подается сигнал опорной частоты генератора 23. С выходов блоков

24 и 25 сигналы Поступают на входы блока 28 сравнения частот, а с выходов блоков 26 и 27 — на входы блока

29 сравнения, Для повышения помехо— устойчивости измерений введены блоки управления коррекцией частоты перестраиваемых гетеродинов в системах

ФА1!Ч. Сигнал рассогласования с выходов блоков 28 и 29 поступает через блоки управления коррекций на один из входов ПГ. Информацию о необходимости подстройки ПГ несут управляющие сигналы с выходов обнаружителей, поступающие на управляющие коммутацией вхо-20

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения протяженных объектов со случайной яркостной структурой, например поверхности Земли с борта летательного аппарата, поверхности металлического проката, бумажной ленты в бумагоделательной промышленности, сыпучих материалов и т.д.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости измерений и расширение функциональных возможностей за счет дополнительного измерения второй компоненты. скорости объекта.

На фиг. 1 и 2 изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит приемные объективы 1 — 4, радиальный вращающийся растр-модулятор 5, четыре конденсора

6 — 9, четыре фотоприемника 10 — 13, двигатель 14, приводящий во вращение радиальный растр-модулятор 5, полосовые фильтры-усилители 15 — 18, четыре блока 19 — 22 первичной обработки сигнала, включающих систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с перестраиваемым гетеродином (11Г) и обнаружитель сигнала, опорный генератор

23, четыре блока 24 — 27 вычитания частот, блоки 28 и 29 сравнения частоты, блоки 30 и 31 управления кор55 рекцией изме ре ния, пятый и шестой блоки 32 и. 33 вычитания частот, блок

34 вычисления отношения частот, сумды блоков .30 и 31 управления коррекцией. Параллельно с коррекцией частоты измеряемые сигналы с выходов БПОС

19 — 22 попарно поступают на входы блоков 32 и 33 вычитания частот. Регистрация частоты сигналов на выходе блока 32 или 33 позволяет извлечь информацию об одной проекции вектора скорости объекта. Для измерения двух ортогональных проекций вектора ско-. рости используются блок 35 суммирования частот и блок 36 вычитания частот, а для измерения угла сноса объекта — формирователь 34 отношения частот. Сигналы с выходов блоков 32 и 33 подаются параллельно на разноименные входы блоков 34, 35 и 36, выходы которых подключены к регистратору. 2 ил, матор 35 частот, седьмой блок 36 вы— читания частот и регистратор (не показан), Устройство работает следующим образом.

Объективами 1 — 4 формируются изображения различных участков осве ценной поверхности в четырех различных точках, расположенных под угла-о ми 90 друг к другу на одинаковом расстоянии от оси вращения растра 5, приводимого во вращение двигателем 14.

Промодулированный поток отраженного от поверхности излучения, глубина модуляции которого зависит от соотношения размеров изображения оптических неоднородностей на подстилающей поверхности и шага растра, переносится с помощью конденсоров 6 — 9 на фотоприемники 10 — 13, где преобразуется в электрические сигналы. Частота модуляции фототока на выходе фотоприемников будет определяться скоростью вращения растра-анализатора, скоростью и направлением движения изображения поверхности.

Распределение неоднородностей на о оптически неоднородной поверхности подчийяется случайному закону. Поэтому на выходах фотоприемников будут появляться электрические сигналы, модулированные по частоте, амплитуды которых также подчиняются случайному закону распределения. !(ля измерения одной компоненты скорости достаточен..

1543347 наличия двух, фотоприемников, например фотоприемников 11 и 13, .благодаря чему вероятность одновременного пропадания сигналов на выходах фотоприемников значительно уменьшается.

Каждый фотоприемник согласован с поверхностью собственным приемным объективом, например объективом 4 или 1.

Сигналы с выходов фотоприемников поступают на полосовые фильтры-усилители 15 — 18, где осуществляется уси-. ление и фильтрация сигналов от аддитивных помех, вызванных низкочастотными флуктуациями освещенности.

Тракт электронной обработки сигналов изображен на фиг. 2.

Электрические сигналы с выходов первой пары фотоприемников 13 и 11 после фильтрации и полосового усиле- 20 ния в блоках 17 и 18 поступают на вход соответственно первого и второго блоков 21 и 22 первичной обработки сигнала (БПОС). Каждый БПОС содержит систему ФАПЧ с перестраиваемым гетеродином (ПГ), выход которого является информационным выходом БПОС, и обнаружитель сигнала. Обнаружитель сигнала выполняется, например, по стандартной схеме, включающей фазовый детектор (ФД) и фазовращатель» выход которого подключен к первому входу

ФД, а вход — к выходу ПГ, вход которого, в свою очередь, соединен с вторым входом ФД. На выходе ФД, являю.щемся выходом обнаружителя, формируется сигнал, отражающий наличие или отсутствие информативного сигнала на. входе БПОС.

Аналогичным образом обрабатываются 40 электрические сигналы второй пары фотоприемников 10 и 12, поступающие через фильтры-усилители 15 и 16 в БПОС

19 и 20.

При перемещении изображения поверх- 45 ности под углом 45 к осям, соединяющим фотоприемники 11,13 и 10,12, на выходах фотоприемников 10 и 12 формируются сигналы, отличающиеся друг от друга знаком приращения. При тех направлениях вращения растра-модулятора и движения изображения, которые указаны на фиг, 1, частоты сигналов имеют следующий вид: ю с +! » (1) (2) где Й вЂ” частота опорного генератора

23, соответствующая скорости вращения модулятора 5;

Ь1, — приращение частоты на выходах фотоприемников 10 и 12, вызванное перемещением объекта.

Для фотоприемников 11 и 13: (3 fo+ f2» (3) е „=f,-gf (4) где !|,Й вЂ” приращение частоты на выходах фотоприемников 11 и 13, вызванное перемещением объекта.

В БПОС частота ПГ отслеживает в соответствии с (1), (2), (3) и (4) частоту .входного сигнала.

Опорный генератор 23 вырабатывает

Ф сигнал опорной частоты Е, относительно которой выделяются приращения частот gf и

Вычитание частот подстраиваемых генераторов в блоках 32 и 33 вычитания соответственно дает информацию о скорос и движения поверхности; г о f

f »:f >< =f, +! и -Г +ДЕ =2У . (6)

Вычисление отношения частот (5) и (6) блоком 34 дает информацию о тангенсе угла бокового скоса. Вычитание частот (5) и (6) между собой блоком

35 дает информацию о величине боковой составляющей, Суммирование частот (5) и (6) блоком 35 дает информацию о продольной составляющей скорости, что расширяет функциональные возможности устройства.

Для повьш ения помехоустойчивости измерений в устройстве предусмотрена коррекция частот ПГ в каждом иэ четырех БПОС путем подстройки его. частоты выходными сигналами блоков 30 и 31 управления коррекцией.

Сигналы с выходов обнаружителей поступают на управляющие входы блоков 30 и 31 управления коррекцией.

Этими блоками осуществляется коммутация входных сигналов, выделяемых блоками 28 и 29 сравнения частот на соответствующие входы подстраиваемых генераторов БПОС 19 - 22. Если сигналы на выходах блоков 28 и 29 сравнения частот равны нулю, это свидетельствует о том, что на выходе блоков 24,25.и 26,27 вычитания частот сигналы равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Это означает, что нет сбоев в работе подстраиваемых генераторов. 1543347

Если частотные приращения 5f на выходе блоков 24 и 25 вычитания или частотные приращения h.f на выходе блоков 26 и 27 вычитания различны, блок сравнения вырабатывает сигнал,. поступающий через блок 30 или 31 управления коррекцией на управляющий вход соответствующего 11Г, изменяя частоту ИГ до равенства сигналов на входе блока сравнения частот..

Таким образом, при наличии информативного оптического сигнала устройство осуществляет непрерывное измерение частот

-. помощью системы ФАПЧ и коррекцию авто- 15 подстройки с помощью блоков 30 и 31, управляемых сигналами обнаружителей.

Формула из обре те н ия

Устройство для измерения скорости протяженного объекта, содержащее оп- 20 тически согласованные первый объектив, анализатор изображения в виде раДиального растра-модулятора со штрихами, первый и второй фотоприемники, распоЛоженные за диаметрально противоположными участками осесимметричного растра-модулятора и подключенные выходами соответственно к вхо,цам первого и второго полосовых фильтров-усилителей, генератор опорной частоты, блок сравнения частот, первый и второй блоки вычитания частот, первые входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, а выхоДы . — к входам блока сравнения, и ре-35 гистратор, отличающее с я тем, что, с целью расширения функционапьных возможностей за счет обеспечения измерения второй компоненты скорости объекта, угла его сноса и по-40 вышения помехоустойчивости, оно снабжено вторьм, третьим и четвертым объективами, третьим и четвертым фотоприемниками. третьим и четвертым rioлосовыми фильтрами-усилителями, четырьмя блоками первичной обработ.ки. сигнала, содержащими каждый систему фазовой автоподстройки частоты с перестраиваемым гетеродином и обнаружитель сигнала, блоками управления коррекцией автоподстройки частоты, вторым блоком сравнения частот, третьим — седьмым блоками вычитания частот, блоком вычисления отношения частот, блоком суммирования частот, при этом первый — четвертый объективы установлены соосно с первым — четвертым фотоприемниками соответственно, третий и четвертый фотоприемники расположены за диаметрально противоположными участками растра-модулятора в плоскости, ортогональной плоскости установки первой пары объективов и фотоприемников, и подключены выходами к входам соответственно третьего и четвертого полосовых фильтров-усилителей, причем выходы первого — четвертого полосовых фильтров-усилителей подключены к входам соответственно первого — четвертого блоков первичной обработки сигнала, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого— пятого блоков вычитания частот, выходы первого и второго блоков первичной обработки сигнала подключены к входам третьего блока вычитания частот, выходы третьего и четвертого блоков первичной обработки сигнала подключены к входам шестого блока вычитания частот, при этом первые входы четвертого и пятого блоков вычитания частот соединены с выходом генератора опорной частоты, выходы обнаружителей сигнала в первом и втором блоках первичной обработки сигнала — с управляющими входами первого блока управления коррекцией автоподстройкн частот, а выходы обнаружителей сигнала в третьем и четвертом блоках первичной обработки сигнала — с управляющими входами. второго блока управления коррекцией автоподстройки частоты, первый и второй выходы первого блока управления коррекцией автоподстройки частоты соединены соответственно с управляющим входом перестраиваемого гетеродина в первом и втором блоках первичной обработки сигнала, а первый и второй выходы второго блока управления коррекцией автоподстройки частоты — с.управляющими входом перестраиваемого гетеродина в третьем и четвертом блоках первичной обработки сигнала, выходы четвертого и пятого блоков вычитания частоты подключены к входам второго блока сравнения частот, выходы первого и второго блоков сравнения частот — к информационным входам соответственно первого и второго блоков управления коррекцией автоподстройки частоты, при этом выходы третьего и шестого блоков вычитания частоты подключены параллельно на входы блока вычитания отношения частот, седьмого блока вычитания частот и блока суммирования частот, выходы которых подключены к регистратору, 1543347

Составитель А. Тимофеев

Техред A.Kðàâ÷óê Корректор Н.Король

Редак тор А. Ле жн ин а

Заказ 398

Тираж 457

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101