Оптический измеритель скорости, длины и направления движения

 

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости, направления движения и длины длинномерной продукции в процессе ее производства, раскроя и учета, а также в качестве бортового измерителя скорости и пройденного расстояния различных транспортных средств (железнодорожного, метро, автомобильного и др.). Устройство содержит оптический датчик и электронный блок. Датчик содержит передающий оптический канал, приемный оптический канал, оптический растр, образованный входными торцами волоконных световодов, и три фотоприемника. Электронный блок содержит два сумматора, измеритель фазы, измеритель частоты и вычислительное устройство. Обеспечивается совмещение функций измерения скорости, длины и направления движения объекта в одном устройстве, что позволяет измерять длину объектов, направление движения которых может меняться в процессе измерений. 1 ил.

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости, направления движения и длины длинномерной продукции в процессе ее производства, раскроя и учета, а также в качестве бортового измерителя скорости и пройденного расстояния различных транспортных средств (железнодорожного, метро, автомобильного и др.).

Известны лазерные доплеровские измерители скорости [1], но они имеют недостаточную надежность, сложную конструкцию и высокую стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является оптический измеритель скорости [2], состоящий из передающего оптического канала, в состав которого входят излучатель, линза-конденсор, поворотное зеркало и фокусирующая линза, и приемного оптического канала, состоящего из двух линз, оптического растра (решетки), фокусирующей линзы и фотоприемника, выход которого соединен со входом измерителя частоты, а выход измерителя частоты соединен с сигнальным входом вычислительного устройства.

Устройство работает следующим образом. Излучение излучателя фокусируется с помощью линз и зеркала на поверхности контролируемого объекта. Рассеянное излучение фокусируется на решетке. Промодулированное излучение на выходе решетки фокусируется на фотоприемнике, выходной сигнал которого подается на вход измерителя частоты. Выходной сигнал измерителя частоты подается на сигнальный вход вычислительного устройства, в котором вычисляется значение скорости и длины контролируемого объекта.

Недостатком описанного устройства является то, что в случае движения объекта не только в прямом, но и в обратном направлении для правильного вычисления длины объекта на 2-й управляющий вход вычислительного устройства необходимо подавать дополнительный сигнал, оперативно характеризующий направление движения объекта. Однако возможность получения такого сигнала предусматривается только в отдельных технологических системах, что, соответственно, значительно ограничивает области применения описанного устройства.

Целью предлагаемого изобретения является совмещение функций измерения скорости, длины и направления движения объекта в одном устройстве, что позволяет измерять длину объектов, направление движения которых может меняться в процессе измерений.

Для этого в предлагаемом устройстве, содержащем оптический датчик, включающий передающий оптический канал, приемный оптический канал с оптической системой, фотоприемным устройством и оптическим растром, и электронный блок, состоящий из измерителя частоты и вычислительного устройства, оптический растр образован входными торцами волоконных световодов, выходные торцы которых связаны с фотоприемным устройством, состоящим из трех фотоприемников (ФП), причем первый ФП связан с 1, 4, 7 и т.д. световодами, второй связан с 2, 5, 8 и т.д. световодами, а третий ФП связан с 3, 6, 9 и т.д. световодами, а в электронный блок дополнительно введены два сумматора, причем входы первого сумматора соединены с выходами первого и второго ФП, а входы второго сумматора - с выходами второго и третьего ФП, и измеритель фазы, входы которого соединены с выходами сумматоров, выход измерителя фазы соединен с управляющим входом вычислительного устройства, а выходы первого ФП соединены со входом измерителя частоты, выход которого соединен с сигнальным входом вычислительного устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства для измерения скорости, длины и направления движения. Устройство содержит оптический датчик 1, в состав которого входят передающий оптический канал 2, приемный оптический канал, состоящий из оптической системы 3, оптического растра 4, образованного входными торцами волоконных световодов 5, выходные торцы которых оптически связаны с тремя фотоприемниками 6, 7 и 8, и электронный блок 9, состоящий из сумматоров 10 и 11, измерителя фазы 12, измерителя частоты 13, вычислительного устройства 14.

Устройство работает следующим образом. Передающий канал 2 фокусирует излучение на поверхности контролируемого объекта 15. Рассеянное излучение принимается приемным каналом и оптической системой 3, фокусируется на оптическом растре 4, с которого излучение передается на фотоприемник 6, 7, 8, электрические сигналы с которых через сумматоры 10 и 11 поступают на входы измерителя фазы 12. Знак фазового сдвига, определяемый измерителем фазы 12, определяет направление движения объекта, а сигнал с фотоприемника 6, частота которого пропорциональна скорости движения объекта 15, подается на вход измерителя частоты 13. Вычислительное устройство 14 по результатам измерения частоты и фазового сдвига определяет текущее значение скорости, длины и направление движения объекта.

Источники информации 1. Рекламные проспекты фирмы TSI (США) и фирмы DANTEC (Дания).

2. "Применение оптического растрового метода для измерения скорости течения". Каминский Ю.Д., Проскурнев С.Ю. и др. FLOMEKO'98, June, 1998, Lund Sweden.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости, длины и направления движения, которое содержит оптический датчик, включающий передающий оптический канал, приемный оптический канал с оптической системой, фотоприемным устройством и оптическим растром, и электронный блок, состоящий из измерителя частоты и вычислительного устройства, отличающееся тем, что оптический растр образован входными торцами волоконных световодов, выходные торцы которых связаны с фотоприемным устройством, состоящим из трех фотоприемников (ФП), причем первый ФП связан с 1, 4, 7 и т.д. световодами, второй связан с 2, 5, 8 и т.д. световодами, а третий ФП - с 3, 6, 9 и т.д. световодами, а в электронный блок дополнительно введены два сумматора, причем входы первого сумматора соединены с выходами первого и второго ФП, а входы второго сумматора - с выходами второго и третьего ФП, и измеритель фазы, входы которого соединены с выходами первого и второго сумматоров, выход измерителя фазы соединен с управляющим входом вычислительного устройства, а выход первого ФП - с входом измерителя частоты, выход которого соединен с сигнальным входом вычислительного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1