Фотоэлектрический измеритель скорости движения поверхности

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республнк (1)905862 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 220580 (21) 2928218/18-10 с присоединением заявки М вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 1 0282, Бюллетень HP 6

Р М К з

G 01 P 3/36

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (5Э}УДК 531. 767 (088.8) Дата опублмкования описания 150282 (72) Автор изобретения

Г.С. Тымчик

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической во (7Ф) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИИ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

ДВИЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

25 изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения модуля и направления вектора скорости движения поверхности объектов.

Известно устройство для бесконтактного измерения модуля линейной скорости диффуэно отражающих объектов, содержащее лазер, оптическую систему, фотоприемник и расположенную B тракте отраженного светового потока диафрагму в виде щели, очерченной по дуге окружности (1).

Недостатком такого устройства является необходимость применения дорогого н громоздкого источника когерентного излучения, а также невозможность измерения скорости движения поверхности в произвольном направлении.

Известен также фотоэлектрический измеритель скорости движения поверхности, использующий корреляционный метод, содержащий оптическую систему с анализирующим растром и расположенными за ним фотоприемниками, подключенными к электронным блокам обработки фотосигналов. Измеритель содержит измерительные системы для облучения движущейся поверхности и 30 приема отраженного светового потока. Первая оптическая система подключена к блоку регулируемого запаздывания, к которому параллельно подключены блоки фиксированного запаздывания и фиксированного упреждения подключены ко входу блока вычитания, подключенного, в свою очередь, к блоку перемножения. Вторая оптическая система подключена непосредствен- но к блоку перемножения. K выходу блока перемножения подключены последовательно усредняющий фильтр, усилитель, исполняющий механизм (2).

Недостатками такого измерителя является невозможность измерения скорости движения поверхности объекта в произвольном по отношению к расположению оптических датчиков направлении, поскольку вектор скорости движения поверхности должен быть направлен по линии, соединяющей оптические осн первого н второго датчиков.

Цель изобретения — измерение вектора скорости движения поверхности объекта.

Цель достигается тем, что анализирующий растр выполнен в виде светонепрозрачной фотомаски с тремя вы905862 ревами, первый из которых выполнен в ниде последовательно расположенных центрального отверстия, второй — в виде спирали Архимеда, а третий н виде концентрического кольца, оптически связанных с отдельными фотоприемниками.

На фиг. 1 изображена структурная схема фотоэлектрического измерителя скорости движения поверхности; на фиг. 2 — анализирующий растр. !

1редлагаемый фотоэлектрический измеритель скорости движения поверхности состоит из расположенных последовательно на одной оптической оси источника 1 излучения (обычная лампочка накаливания), конденсора 2, полупрозрачного зеркала 3, фокусирующего объектива 4, анализирующего растра 5. Анализирующий растр 5 представляет собой круглую пластинку из непрозрачного для света материала с тремя вырезами: в виде центрального отверстия б, спирального выреза 7 и концентрического кольца 8, ширина которых равна диаметру центрального отверстия, Спиральный вырез 7 выполнен по закону спирали Архимеда радиуса р, равного

P= k$) (1) где Ч вЂ” угол в полярной системе координат; параметр спирали (любое постоянное число) .

За центральным кругом находится поворотная призма 9. На оптической оси, перпендикулярной грани поворот ной призмы 9, последовательно расположены конденсатор 10 и фотоприемник 11. За поворотной призмой 9 расположена вторая поворотная призма

12, предназначенная для понорота лучей, прошедших через спиральный вырез 7. На оптической оси, перпендикулярной грани поворотной призмы

12 последовательно расположены конденсатор 13 и фотоприемник 14. 3а поворотной призмой 12 на одной с ней оптической оси последовательно расположены конденсатор 15 и фотоприемник 16. Электронный блок обработки фотосигналон состоит из двух блоков

17 и 18 перемножения„ двух блоков регулируемого запаздывания 19 и 20, блока 21 фиксированного запаздывания, блока 22 фиксированного упреждения, блока 23 вычитания, двух 24 и 25 усредняющих фильтрон, двух 26 и 27 исполнительных механизмов, делителя 28. Фотоприемник 16 подключен к блоку перемножения 17. Фотоприемник 14 подключен к блоку перемножения 18. Фотоприемник 11 подключен одновременно ко входам блоков 19 и

20 регулируемого запаздывания. К первому выходу блока 19 регулируемого запаздывания подключены параллельно блок 22 фиксированного упкоторый перемножается в блоке 17 перемножения с сигналом Я (t), снимаЕмым с фотоприемника 16. Сигнал S<(t) образован прошедшим через кольценой вырез 8 растра 5, отраженным световым потоком и состоит из двух сигналов S< (t), образованного тем же участком движущейся поверхности, от которого образовался сигнал S (t) и сдвинутого по отношению к нему на время 1., определяемое геометрией анализирующего растра 5 и скоростью движения V поверхности; и сигнала

S> (t), образованного остальной частью фО находящейся под кольцевым вырезом поверхности объекта (фиг. 2). Сигналы S (t) и S (t) коррелированы.

Усредняющий фильтр выделяет корреляционную функцию сигналов S< (t) и

Я S (t), максимум которой будет при

2О

4О реждения и блок 21 фиксированно о запаздывания, выходы которых подключены к блоку 23 вычитания, а он — ко входу блока перемножения 17. К выходу блока перемножения 17 подключены последовательно усредняющий фильтр 24 и исполнительный механизм

26, выход которого подключен ко второму входу блока 19 регулируемого запаздывания. К первому выходу блока 20 регулируемого запаздывания подключены последовательно блок 18 перемножения, усредняющий фильтр 25 и исполнительный механизм 27, выход которого подключен ко второму :ходу блока 20 регулируемого запаздывания. Вторые выходы блокон 19 и 20 регулируемого запаздывания подключены к делителю 28. В делителе 28 находится отсчетное устройство 29, шкала которого проградуирована в угловых единицах, т.е. в градусах.

Работа измерителя скорости заключается в следующем.

Отраженный от движущейся поверхности 30 и промодулированный ее микродефектами световой поток проходит через центральное отверстие 6 анализирующего растра 5 и попадает на фотоприемник 11, с ныхода которого сигнал $4 () поступает одновременно в блоки 19 и 20 регулируемого запаздывания. Сигнал с выхода блока 19 регулируемого запаздывания, имеющего вид S„ (t-с„ ), где 7< — регулируемое эапаздынание, подается параллельно на блоки фиксированного запаздывания 21 и фиксированного упреждения 22. Сигналы с блоков фиксированного запаэдынания 21 и фиксированного упреждения 22 имеют нид

S„(t«(; — 67) и S„(t- Г„+ ь(. ) где а с — фиксированное запаздывание или упреждение. В блоке 23 вычитания эти сигналы преобразуются н раэностный сигнал

S È -«- < «)- S Н вЂ” + ), 905862 равенстве регулируемого, т. е. вводимого запаздывания, величине ( у I (2) где . — расстояние между центрами участков движущейся поверхности, с 5 которых снимаются сигналы Sq (t) и

S<(t) . Сигнал с усредняющего фильтра

24 поступает на исполнительный механизм 26, который воздействует на блок регулируемой задержки 19 и ав- 19 тоМатически устанавливает требуемое время задержки 7 . Выработанное таким образом 7 поступает на вход делителя 28. В блоке регулируемого запаздывания 20 выходной сигнал фотоприемника 11 задерживается на время 7 . Сигнал с выхода блока регулируемого запаздывания 20, имеющий вид S (t- ), где — регулируемое время запаздывания, подается на вход блока перемножения 18, где перемножается с выходным сигналом S (t) фотоприемника 14. Сигнал Sz(t) образован прошедшим через спиральный вырез

7 растра 5 отраженным световым потоком от поверхности 30 и состоит иэ двух сигналов:Б (t) образованного тем же участком движущейся поверхности, от которого образовались сигналы

S< (t) и Б (t), но сдвинутого по отношению к сигналу S< (t) на время ао, 30 определяемое величиной параметра р диафрагмы 7 и скоростью движения V поверхности; и сйгнала Б (t), обраfl зованного остальной частью, находящейся под спиральным вырезом поверх- 35 ности объекта (фиг. 2). Сигналы S, (t) и S (t) коррелированы. Усредняющий фильтр 25 выделяет корреляционную функцию сигналов S< (t) и Б (t), максимум которой будет при равенстве 4О регулируемого, т.е. вводимого эапаззывания 7 величине

"а = (3) где P — расстояние между центрами 4 участков движущейся поверхности с которых снимаются сигналы S„ (t) и

sç

Выходной сигнал с усредняющего фильтра 25 поступает на вход исполнительного механизма 27, который воздействует на блок 20 регулируемой задержки и автоматически устанавливает требуемое время задержки

Выработанное таким образом 7 поступает на второй вход делителя 28. В делителе 28 осуществляется операция деления . на,, и на выходе его генерируется напряжение U л P

Ьйю (4) (.

С учетом (1) выражение (4) можно переписать

k (5)

С

Таким образом, измеряя величину напряжения U Ä можно определить вектор скорости движения поверхности объекта, так как направление вектора скорости движения поверхности объекта определяется углом и выбранной системе координат хоу. Напряжение Usb(1 поступает на отсчетное устройство 29, шкала которого проградуирована в угловых единицах, т.е. градусах. Вторая шкала отсчетного устройства 29 проградуирована в единицах м/с, по которой определяется модуль вектора скорости иэ выражения (2) как отношение

Формула изобретения

Фотоэлектрический измеритель скорости движения поверхности, содержащий оптическую систему с анализирующим растром и расположенными за ним фотоприемниками,подключенными к электронным блокам обработки фотосигналов, отличающийся тем, что, с целью измерения вектора скорости, .анализирующий растр, выполнен в виде светонепрозрачной.фотомаски с тремя вырезами, первый из которых выполнен в виде центрального отверстия, второй - в форме Архимедовой спирали, а третий — в виде концентрического кольца, оптически связанных с отдельными фотоприемниками.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР

9 367723, кл. G 01 P 3/36, 1973.

2. Белоглазов И.H. и др. Корреляционные экстремальные системы. М., " Советское радио, 1924, с. 9-32 (прототип j .