Способ измерения скорости движения объекта

 

Использование: измерительная техника , дистанционное измерение параметров движения. Сущность изобретения: разделяют датчики на две группы: нечетные и четные , формируют информативные сигналы как отношение разности и выходных сигналов двух смежных датчиков каждой группы к сумме этих сигналов, формируют координатную функцию непрерывным суммированием первого и второго информативных сигналов, периодически принудительно сдвигают координатную функцию параллельно самой себе на заранее рассчитанную величину, чтобы в заданных координатах.Xi траектории сигнал координатной функции проходил через нуль, фиксируют эти моменты времени ti, определяют значение скорости на j-ом интервале траектории (X|-Xi-i) X, - X i - 1 как -ti -i где i 1,2..,N, j 1,2...(N-1). СЛ с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 Р 3/64

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4850180/10 (22) 10.07,90 (46) 23.05.93. Бюл,¹ 19 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро "Старт" (72) Е.В.Кириевский, И.И.Калинин и А.И,Седых (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1068818, кл. G 01 P 3/66, 1982, Авторское свидетельство СССР № 1744652, 1988. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Использование: измерительная техника, дистанционное измерение параметров движения. Сущность изобретения: разделяют датчики на две группы: нечетные и четные, формируют информативные сигналы

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения параметров движения, в частности скорости, а также определения закона изменения скорости по траектории движения с использованием распределенного регистрирующего контура в виде разнесенных вдоль траектории движения объекта датчиков с колоколообразным выходным сигналом, в частности, индукционных датчиков с интегратором на выходе, при контроле проводников с изменяющимся по величине током, например, сгустка электропроводной плазмы, движу- . щейся внутри трубы, Цель изобретения — повышение точности измерения скорости на участке пути между двумя датчиками, ... Ы 1817027 А1 как отношение разности и выходных сигналов двух смежных датчиков каждой группы к сумме этих сигналов, формируют координатную функцию непрерывным суммированием первого и второго информативных сигналов, периодически принудительно сдвигают координатную функцию параллельно самой себе на заранее рассчитанную величину, чтобы в заданных координатах Х! траектории сигнал координатной функции проходил через нуль, фиксируют эти моменты времени tj, определяют значение скорости íà j-ом интервале траектории (Xj — Xj 1)

Xj — Xj — 1 как Ч,р; —, где I = 1,2..,N, к1 l j — 1

j= 1,2...(N — 1).

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения скорости движения объекта, заключающемся в разбиении это- QQ го участка N координат Xj, измерении на- а пряжений возмущения объектом датчиков, определении разности Од и суммы Us напряжений возмущений смежных датчиков, определении информативного параметра, как отношения напряжений U„/Up, формировании координатной функции в виде сигнала изменяющегося а функции координаты движения объекта, периодическом принуди-: э тельном сдвиге координатной функции параллельно самой себе на заранее рассчитанную величину, постоянную для каждого участка пути, таким образом, чтобы в заданных координатах Xj сигнал координатной функции проходил через нуль, фиксировании этих моментов времени tl u

1817027 определении средней скорости нэ j-том интервале пути (Xt-Xi-1) как

Vc —, где 1 = 1,2„.„N, J = =

Xi — X — 1 т — 1 — 1

1,2,...,(N — 1) разделяют датчики нэ две группы, объединяя датчики с нечетными порядковыми номерами в первую группу, а с четными порядковыми номерами — во вторую группу, одновременно формируют первый и второй информативный параметры из выходных сигналов датчиков первой и второй группы соответственно, а сигнал координатной функции получают путем непрерывного суммирования первого и второго информативного параметров, причем поочередные переключения от одной пары датчиков к другой паре в первой группе для формирования первого информативного параметра осуществляют в моменты перехода через нуль второго информативного параметра, а переключения от одной пары датчиков к другой паре во второй группе для формирования второго информативного параметра — в момент перехода через нуль первого информативного параметра.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что используемая в нем в качестве координатной функции сумма первого и второго информативных параметров, в отличие от каждого из них отдельно, на всем протяжении участка траектории между соседними датчиками не имеет "мертвых" эон; благодаря своей почти линейной характеристике, что обеспечивает практически одинаковую точность процесса измерения скорости на всем контролируемом участке траектории движения объекта.

При этом все упомянутые преимущества способа-прототипа в заявляемом способе сохраняются в полной мере.

На фиг,1 приведены графики, поясняющие принцип формирования координатной функции F< из первого (R>a) и второго (R24) информативных параметров, образованных соответственно иэ выходных сигналов пары датчиков нечетной и четной групп; на фиг,2 — в качестве примера реализации заявляемого способа блок-схема устройства для измерения скорости движения объекта; на фиг.3 — диаграммы, поясняющие работу отдельных узлов устройства для измерения скорости и реализованный в нем принцип многократного сдвига координатной функции параллельно самой себе с целью идентификации положения объекта по переходу координатной функции через нуль; на фиг.4 — пример схемной реализации парного коммутатора 2, 3.

Как видно из фиг.1, где приведены рассчитанные на ЭВМ зависимости координатных функций от координаты Х, в отличие от используемой в способе-прототипе координатной функции R (Й1э — координатная функция, образованная из

ВыхОдных сигналоВ датчикоВ 01 и Оэ; В24 —. координатная функция, образованная из выходных сигналов датчиков 02 и 04;

В35 координатная функция, образованная из выходных сигналов датчиков Оэ и 05, причем R =(Um — 0m+2)/(Um+ Um+2), где

m = 1, 2...,), используемая в заявляемом способе координатная функция ви15 Да Рк= Я1Э+ R24 НЕ ИМЕЕТ ПОЧТИ горизонтальных участков в местах установки датчиков, а значит не имеет "мертвых" зон, в пределах которых затруднена идентификация координат. Кэк видно иэ фиг.1 ко20 ординэтная функция вида Рк1 = В1Э+ R24 в значительной степени более линейна, чем координатная функция R в способепрототипе, Переходя в процессе движения объекта от одной координатной функции

Рк1= В1э+ R24 к дРУгой Рк2= 824 + Вэ5 и т.д., можно обеспечить перекрытие всей контролируемой траектории.

Блок-схема устройства, реализующего предложенный способ, приведена на рис,2, 30 Устройство содержит датчики положе-, ния 1 с колоколообразным выходным сигналом, которые разбиты на две группы— нечетные (01, 03, D5,...) и четные (D2, D4, D5,...), причем все датчики 1 с одинаковым

35 шагом распределены вдоль траектории движения объекта, а первый датчик (01) вынесен за пределы контролируемого участка траектории и установлены до начала этого участка, первый парный коммутатор 2 ана40 логовых сигналов и второй парный коммутатор 3 аналоговых сигналов, первый двухвходовой сумматор 4 и второй двухвхо. довой сумматор 5, первый блок 6 определения разности двух непрерывных сигналов и

46 второй 7 блок определения разности двух непрерывных сигналов, первый блок деления 8 и второй блок деления 9, трехвходовой сумматор 10, первый нуль-орган (НО1)11, второй нуль-орган (Н02)12 и третий нуль-орган

Б0 (НОэ)13, логический элемент ИЛИ 14, измеритель временных интервалов (ИВИ)15, запоминающее устройство (3У)16, управляемый источник опорного напряжения (УИОН)17, вычислитель 18.

Выходы всех нечетных датчиков 1 (D1, Оэ, 05,...) подключены к информационным входам первого коммутатора 2, э выходы всех четных датчиков (D2. D4, 05....) подклю-. чены к информационным входам второго коммутатора 3, Выходы первого парного коммутатора 2 подключены ко входам пер1817027 вого сумматора 4, а выходы второго парного коммутатора 3 подключены ко входам второго сумматора 5. Выходы сумматоров 4 и 5 подключены ко входам "делимое" соответственно блока деления 8 и блока деления 9, Ко входам "делитель" блоков деления 8 и 9 подключены выходы соответственно первого блока 6 определения разности двух сигналов и второго блока 7 определения разности двух сигналов. Выходы блоков 8 и

9 деления подключены к первому и второму входам трехвходового сумматора 10 и ко входам соответственно первого 11 и второго 12 нуль-органов (H01 и НО2). Выход nepBolo нуль-органа (НО1)11 соединен со входом "управление" второго коммутатора

3, а выход второго нуль-органа (НО2)12 соединен со входом "управление" первого коммутатора 2. B ыход трехвходового сумматора 10 подключен ко входу третьего нуль-органа 13, к выходу которого через логический элемент ИЛИ 14 подключены вход измерителя временных интервалов (ИВИ)15, а также первый стробирующий вход (" строб 1") ЗУ 16. Второй стробирующий вход ("строб 2") ЗУ 16 соединен с выходом ИВИ 15, Первый выход ЗУ 16 соединен со входом УИОН 17, выход которого подключен к третьему входу трехвходового сумматора 10, Второй выход ЗУ 16 подключен ко второму информационному входу вычислителя 18, выход которого является выходом устройства для измерения скорости. Выход первого 11 и второго

12 нуль-органов через элемент ИЛИ 14 подключены ко входу ИВИ 15, Вычислитель 18 выполняет функцию вычисления значений скорости Ч,р, на заданных интервалах пути по формуле Ч р;= (Х -Х -1)/TJ, где т;= (т -ll — 1).

Исходные данные {координаты Х1, Х2,..., Х,...) и соответствующие напряжения сдвига Л1 . hz h;.. загружаются до начала эксперимента в ЗУ 15, В качестве УИОН 17 может быть использован, например, цифроаналоговый преобразователь (при реализации устройства для измерения скорости на аналоговой элементной базе).

Парные коммутаторы 2 и 3 осуществляют подключение к соответствующим сумматорам 4 и 5 в каждый момент времени 5 выходов двух датчиков соответственно из нечетной и четной групп (01 и D3, D2 и D4)

При появлении сигналов на входах "управление" парные коммутаторы 2 и 3 осуществляют перекоммутацию выходов датчиков, в 5 результате чего к сумматорам 4 и 5 оказываются подключены следующие пары (03 и D5, D4 и D6) соответственно из нечетной и четной групп. устройство функционирует следующим образом. В момент прохождения объектом (см.фиг.2) датчика Р2 (1) сигнал К13 на выходе устройства деления 8, равный отчоше5 нию сигналов датчиков D1 и 03 к их сумме, переходит через нуль (см,фиг.3), в результате чего на выходе НО1(11) появляется импульс, Этот импульс, проходя через элемент

ИЛИ 14, запускает ИВИ 15 на отсчет интер10 вала времени r1, К моменту подхода объекта к датчику

02 (1) первый парный коммутатор 2 находится в состоянии, при котором ко входам сумматора 4 и устройства вычитания 6 ока15 зываются подключенными выходы двух датчиков D1 и D3, а ко входам сумматора 5 и устройства вычитания 7 — выходы двух датчиков 02 и 04, Одновременно с формированием запу20 скающего импульса на входе ИВИ 15 на вход "строб 1" ЗУ 16 также приходит импульс, по которому из ЗУ 16 извлекается код напряжения смещения Л1, который поступает на УНИОН 17. На выходе последнего по25 является соответствующее значение уровня напряжения А1, имеющего знак, противоположный знаку FK1= R13 + В24, которое складывается в трехвходовом сумматоре 10 с сигналами R13 и R24 (сформированными соответственно из сигналов пар датчиков D1 и

03, D2 и 04), образуя результирующий сигнал с1, который фактически является коорДИНатНОй фУНКЦИЕй Ек1, СДВИНУтОй параллельно самой себе на постоянную величину Л1, рассчитанную таким образом, что нулевое значение сигнала ei окажется в следующей заданной координате Х2. В этот момент срабатывает НО3 (13), на выходе которого появляется импульс, проходящий

40 через схему ИЛИ 14 на вход "строб 1" ЗУ 16 и на ИВИ 15. Последний останавливает счет интервала т1 и начинает отсчет очередного интервала времени t2. По импульсу на входе

"строб 1" ЗУ 16 из последнего извлекается код напряжения смещения 6а, который в

УНИОН 17 преобразуется в соответствующее значение аналогового сигнала dq, поступающего на вход сумматора 10, где, 0 складываясь со значениями R13 и R24, образует новое значение я2. Далее процесс повторяется. В момент перехода R24 через нуль (координата X7), срабатывает нуль-орган НО2 (12), который формирует импульс, поступающий на вход управления первого парного коммутатора 2, В результате последний осуществляет перекоммутацию датчиков и к сумматору 4 и устройству вычитания 6 оказываются подключены датчики

D3 и Dg (подключается Ds и одновременно

1817027

4 = — Рк(Х)т1), 40

50

55 отключается 01). Благодаря этому на выходе блока деления 8 начинает формироваться новая функция Rzg вместо функции И1з (см.фиг.3). В третьем сумматоре 10 опять производится сложение функций RM и R24 и образуется новая координатная функция F

"строб 1" 3У 16 соответствующие значения заданных интервалов пути Хь осуществляется вычисление значений средней скорости Vcpp (Xi — Х -1)/ Lj на каждом интервале пути. Между соседними датчиками может размещаться множество таких интервалов.

Значения заданных координат регистрации

Х на траектории движения и рассчитанные значения напряжения смещения 4 для соответствующих координат регистрации вносятся в ЗУ 16 заранее до начала процесса измерений. Расчет значений напряжений смещения (сдвига) h; осуществляют предварительно до начала измерений по формуле где F (Xi+ 1) — значение координатной функции F< в координате Хн-1, и.заносят в запоминающее устройство ЗУ 16. Построения на фиг.3 выполнены в соответствии с выражением (1). Координатная функция Рк в соответствующих координатах Х1, Х,... рассчитывается по известной характеристике "вход-выход" для заданного типа датчиков положения исходя из выражений, Рк1=%з+ Вга R)g +

U> — 0з

01+ 0з

R24 = Гк2 = R24 + R35;

Uz — Up 2 + 04 2 U4 . - 3 5

02+04 0з+U5 и т.д. где FK1 — координатная функция, сформированная изсигналовдатчиков 0>, Оз и 02, 04;

F

01, U7., U3, U4, Us — выходные сигналы датчиков 01, 02, Оз, 04, 05 соответственно.

В случае использования идентичных датчиков и благодаря расположению датчиков с одинаковым шагом вдоль траектории имеет равенство FK1 Ек2 (см.фиг, 1), поэтому достаточно предварительно рассчитать только одну координатную функцию Рк, одинаковую для всех соответствующих пар датчиков, т.е. Рк= FK) F@2= ..., Соответственно при переходе от FK> к F<2 и т.д. будут повторяться значения напряжений смещения (сдвига). Это хорошо видно на фиг.3.

Вариант реализации первого и второго коммутаторов 2, 3 приведен на фиг.4. В качестве примера рассмотрена реализация коммутатора 2. Как видно из фиг, 4, коммутатор выполнен на микросхемах К 561 Kll 1 (два сдвоенных мультиплексора Мх 1 и Мх

2), К 561 ЛН 2 (инвертор) и К 561 ИЕ 10 (двоичный счетчик), Приведенная схема является типовой, Особенностью применения ранной схемы является подключение датчиков 1 ко входам схемы специальным образом, как это показано на фиг.4.

Схема коммутатора 2 работает следующим образом. В исходном положении на входы управления А и В мультиплексоров

Мх 1 и Мх 2 с выходов Qc, Q1 ñ÷åò÷èêà СТ поступает нулевой уровень сигнала, а на вход Е1 Мх.1 непосредственно и вход Е1 Мх

2 через инвертор с выхода Оз СТ поступают сигналы: "нуль" нэ Мх 1 и "единица" на Мх 2, Таким образом, в исходном состоянии выходы О и С Мх 2 приведены в третье устойчивое состояние, Тогда состояние обоих выходов коммутатора 2 определяется сигналами на выходах D и С Мх 1, а в соответствии с сигналами на входах А и В мультиплексоров к выходам 0 и С Мх 1 оказываются подключены выходы датчиков 0< и Оз.

После прихода сигнала управления на вход коммутатора 2 (вход С счетчика СТ) от

НО 12 (см.фиг,2) счетчик СТ переходит в следующее состояние, При этом сигналы на выходах Q<, Qz счетчика СТ не изменяются, а на его выходе 0О появляется "единица", Благодаря этому Мх 2 остается по-прежнему отклоненным (третье состояние), э к выходам 0 и С Мх 1 подключаются входы Dz, С

2 Мх 1, а соответственно, и. выходы датчиков

Оз, Оь. Далее процесс подключения к выходу коммутатора 2 выходов происходит аналогично описанному, Причем после прихода четвертого импульса от НО 12 на вход управления счетчика СТ Мх 1 переходит в третье состояние, а сигналы на выходе коммутэта- .

1817027

10 ра 2 определяются сигналами на выходах D и С Мх 2. Следует отметить, что количество мультиплексоров в описанной схеме реализации коммутатора определяется количеством используемых датчиков в измерителе 5 скорости. Для переключения датчиков четной группы (Dz, 04, Оо, ...) используется аналогичный коммутатор.

Вариант реализации коммутатора, приведенный на фиг.4, обеспечивает обработку 10 сигналов с 16 датчиков (8 датчиков-коммутаторов 2, 8 датчиков-коммутаторов 3).

Формула изобретения

Способ измерения скорости движения объекта на участке пути между двумя датчиками, заключающийся в разбиении этого участка на N координат XI,измерении на-, пряжений возмущения объектом датчиков, 20 определении разности 0д и суммы U напряжений возмущения смежных датчиков, определении информативного параметра как отношения напряжений Од/Ug, формировании координатной функции в виде сиг- 25 нала, изменяющегося в функции координаты движения, объекта, периодическом принудительном сдвиге координатной функции параллельно самой себе на заранее рассчитанную величину, постоянную 30 для каждого участка пути, таким образом, чтобы в заданных координатах XI сигнал координатной функции проходил через нуль, фиксировании этих моментов времени

tI и определении средней скорости на

j-ToM интервале пути (XI — XI-1) как

XI — X I — 1

Чр —, где i-- 12,...N; j = 1, tI — tI — t

2,...(N-1), отличающийся тем, что. с целью повышения точности измерения скорости на участке пути между двумя датчиками, последние устанавливают с одинаковым шагом вдоль траектории, разделяют датчики на две группы, объединяя датчики с нечетными порядковыми номерами в первую группу, а с четными порядковыми номерами — во вторую группу, одновременно формируют первый и второй информативные параметры из выходных сигналов датчиков первой и второй группы соответственно, а сигнал координатной функции получают путем непрерывного суммирования первого и второго информативных параметров, причем поочередные переключения от одной пары датчиков к другой паре в первой группе для формирования первого информативного параметра осуществляют в моменты перехода через нуль второго информативного параметра, а переключения от одной пары датчиков к другой паре во второй группе для формирования второго информативного параметра — в моменты перехода через нуль первого информативного параметра.

1817027

1817027

° ° i gg

Н01(r

H0g

1817027

Редактор Т.Иванова

Заказ 1720 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

4У7

year

Составитель Е. Кириевский

Техред М,Моргентал Корректор М.Петрова