CS100589A2 - Method of speed measuring and device for this method realization - Google Patents

Description

f 1/ 1M--& fy

Vynález se týká způsobu měření rychlosti a zařízeník provádění tohoto způsobu, například pro měřeni rychlosti vozidla vůči zemi.

Známý způsob měření pozemní rychlosti vozidla používávzájemného srovnání mezi výstupy dvou čidel. Každé čidloobsahuje na světlo citlivý prvek, jako je fototranzistoruspořádaný v ohnisku konvexní čočky. Čidla jsou uloženana vozidle v podélném odstupu s vertikálními optickýmiosami čoček. V průběhu pohybu vozidla čidla přijímají svět-lo odažené z téže dráhy země, ale s časovým zpožděním meziokamžikem, v němž první čidlo zobrazuje každý bod na drázea časovým okamžikem, v němž druhé čidlo zobrazuje tentýžbod. Vzájemným srovnáním výstupu obou Čidel lze zjistitčasové zpožděni a rychlost může být vypočtena z časovéhozpoždění a známé vzájemné vzdálenosti čidel.

Srovnávací způsob je přesný a spolehlivý a není ovliv-ňován změnami výšky čidel vůči zemi, způsobenými napříkladnormálním pohybem vozidla na jeho závěsu. Vzájemné srovná-vání však vyžaduje velké množství výpočtů, což tento způsobzdražuje, zpomaluje a činí ho nevhodným pro měření rychlosti,zvláště pro protismyková zářízení.ve vozidle.

Další známý způsob pro měření rychlosti vozidla jeznázorněn na obr. 1 a obr. 2 přiložených výkresů.

Podle prvního aspektu vynálezu je zajištěno zařízení pro měření rychlosti obsahující soustavu fotodetektorů uspořádaných, ke světlu procházejícímu podél rovnoběžných drah od za sebou následujících oblastí spolupracujícího povrchu, přičemž fotodetektory jsou uspořádány v první a druhé soustavě, kde fotodetektory první soustavy jsou .. i uspořádány směrem k měnícím se oblastem spolupracujícího povrchu, a prostředky pro vytváření rozdílu mezi kombinova- * ným výstupem první soistavy fotodetektorů a kombinovanýmvýstupem druhé soustavy fotodetektorů.

Takto je možné obejít se bez veliké a nákladné zobra-zovací čočky, která je používána v dosud známých uspořádá-ních. Osvětlení spolupracujícího povrchu, jhko je země, jenormálně nezbytné, ale poněvadž není zapotřebí používatštěrbiny, aby se měření rychlosti učinilo nezávislým na cív-ce, není nezbytné zajišíovat intenzivnější osvětlení vyža-dované uspořádáním typu znázorněného na obr. 2. Poněvadžfotodetektory sledují povrch podél paralelních světelných ’ drah, změny výšky fotodetektorů vůči povrchu nemají účinekna měření rychlosti. Rychlost je představována kmitočtemvýstupního signálu rozdíl vytvářejícího prostředku, kdetento kmitočet je roven produktu prostorového kmitočtufotodetektorů a rychlosti relativního pohybu mezi fotode—tektory a povrchem. Normálně budou fotodetektory uspořádá-ny jako rovnoměrně rozmístěná lineární soustava pro měřenítranslační rychlosti, v kterémžto případě je prostorovýkmitočet roven reciproční hodnotě rozteče mezi sousedními fotodetektory. Další konfigurace jsou však také možné, na-příklad uspořádání fotodetektorů podél oblouku pro měřenírotační rychlosti.

Každý z fotodetektorů je s výhodou citlivý na světlo,přicházející paralelně se světelnou drahou uvnitř prizraa-tického paprsku. Každý fotodetektor takto sleduje oblastpovrchu, která má konstantní tvar a plochu nezávisle na výšce nad povrchem a která se nepřekrývá s jakoukoliv jinouoblastí sledovanou jiným fotodetektorem. Výstupní signálprostředku vytvářejícího rozdíl je takto zcela necitlivýna změny ve výšce. Tohoto může být dosaženo uspořádánímkaždého fotodetektorů jako fotocitlivého snímače, uspořá-daného v ohnisku spojné čočky. V praxi však je obtížnéomezit světelnou citlivost fotodetektorů na prizmatickýpaprsek a konvengerce nebo divergence paprsku může být to-lerována, aniž by bylo třeba přistoupit na kompromis z hlediska nezávislosti měření rychlosti na výšce. Pro oblastipozorované fotodetektory je výhodné, aby se nepřekrývalypro jakoukoliv výšku, která se může v praxi objevit. Totovšak není podstatné pro správnou činnost a překrývání pozorovaných oblastí je přípustné. Je nezbytné, aby pozorovanéoblasti nebyly identické. Přípustný stupeň překrytí budezáviset na dané konfiguraci zařízení, povrchu a dalšíchfaktorech a může být snadno zjištěn pro jakoukoliv danou situaci. Před každým z fotodetektorů je s výhodou uspořádánaoptická štěrbina. Takové štěrbiny jsou užitečné pro lepšíurčení paprsku fotodetektorů, ale nemusí být tak malé, abypodstatně omezily množství přijímaného světla a vyžadovalyzvláštní opatření pro zajištění dostatečného osvětlení povrchu.

Pro potlačení nežádoucích složek signálu ve výstupnímsignálu prostředku vytvářejícího rozdíl, způsobených po-stranními laloky prostorové filtrace, jednodivé příspěvkyfotodetektorů ke kombinovaným výstupům mohou být váženytak, aby byly zdůrazněny příspěvky středních fotodetekto-rů vůči koncovým fotodQtektorům. Kde jsou zajištěny optic-ké štěrbiny může být tohoto dosaženo tím, že se štěrbinyz předních fotodetektorů vytvoří širší než štěrbiny konco-vých fotodetektorů. Alternativně může být tohoto dosaženo,použitím většího zesílení výstupních signálů středních fo-todetektorů než signálů koncových fotodetektorů.

Prostředek pro vytváření rozdílu s výhodou obsahujediferenciální zesilovač, výstup diferenciálního zesilovačeje s výhodou připojen ke vstupu pásmové propusti, jejívýstup ,je připojen ke vstupu komparátoru. Takové zpracová-ní signálu má za výsledek pravoúhlé nebo obdélníkové sig-nály, které se snadno sčíiají nebo jinak zpracovávají.Převodník kmitočtu na napětí může být připojen ke výstupukomparátoru, aby se zajištil signál, jehož úroveň je úměrnárychlos ti.

Podle druhého aspektu vynálezu je zajištěn způsobměření rychlosti, obsahující vytváření prvního kombinované-ho výstupu detekování světla procházejícího podél sousta-vy rovnoběžných prvních drah ze soustavy prvních oblastíspolupracujícího povrchu, vytváření druhého kombinované-ho výstupu detekováním světla procházejícího podél sousta-vy druhýchc světelných drah rovnoběžných s prvními světlel—nými drahami ze soustavy druhých oblastí spolupracujícíhopovrchu, které se střídají s prvními oblastmi, a vytvářenírozdílu mezi prvním a druhým kombinovaným výstupem. Příkladné provedení vynálezu je znázorněno na přilo-žených výkresech, na nichž obr. 1 a obr. 2 jsou schématadosud známých zařízení pro měření rychlosti, obr. 3 jeschéma zařízení pro měření rychlosti vytvářející výhodnéprovedení a obr. 4 a 4b jsou schémata částí zařízení obr. 3·

Známý způsob pro měření rychlosti vozidla je znázorněnna obr. 1, na němž zařízení obsahuje čočku 1, která zobrazu-je povrch 2 země nebo silnice na fotodetektor J pres pros-torný filtr 4 uspořádaný bezprostředně před fotodetektoremJ. Výstupní signál fotodetektoru aproximuje sinusivku kmitočtu úměrného prostorovému kmitočtu Fs prostorového filtru 4a rychlosti v vůči povrchu 2 silnice za předpokladu, ževýška čočky 1 nad povrchem 2 silnice je konstantní. Praktic-kou nevýhodou této techniky je, že tato výška se podstatněmění. Konstanta úměrnosti je rovna S/Η, kde B je vzdálenostmezi čočkou 1 a filtrem 4 a H je výška čočky 1 nad podvrche® - 6 - 2 silnice. Čočka také musí mít velkou aperturu, napříkladprůměr asi 30 mm, a fotocitlivý povrch detektoru musí býtrelativně velký,což si zase vyžaduje použití relativně dra-hých součástek. Součástky musí být rozmístěny přesně a/nebopřesně kalibrovány před použitím, což činí výrobu nepohodl-nou a nákladnou. Některé z těchto nevýhod jsou odstraněny uspořádánímznázorněným na obr. 2 přiložených výkresů. V tomto uspořá-dání se místo jediného velikého fotodetektoru a actíti odděle-ného prostorového filtru používá dvou vzájemně se prolína-jících soustav 10 fotodetektoru a ty jsou připojeny k inves-tujícímu a neinvertujícímu vstupu diferenciálního zesilova-če 11 pro provádění téže funkce. Každá soustava 10 je opatře-na předzesilovačem 12, 13 pro zvýšení úrovně signálů. Abyse měření rychlosti stalo nezávislým na výšce, je mezi čoč-kou 1 a soustavou 10 fotodetektorů v ohnisku čočky 1 uspo-řádána optická štěrbina l4. Základní kmitočet f nezpraco-vaného signálů Sr na výstupu diferenciálního zesilovače 11je pak dán vztahem ’ f = (A/F . Fs.V, kde A je vzdálenost mezi štěrbinou 14 a soustavami 10 detektorů, F je ohnisková délka čočky 3. a F a V mají tentýž význam jak bylo definováno výše. i

Obr. 2 znázorňuje další možný prostředek pro zpracová- ní signálu, obsahující komparátor 15 pro zajištěni obdélní- kovitého výstupu Ss a převodník l6 kmitočtu na napětí prozajištění výstupního signálu Sv. jehož napětí představujeměřenou rychlost. Ačkoliv přítomnost Štěrbiny l4 činí uspořádání v obr.2necitlivým na změnu výšky, snižuje štěrbina 14 drastickymnožství světla odraženého od povrchu 2 silnice na sousta-vy 10 fotodetektoru. Toto značně snižuje poměr signál šumvýstupních signálů soustav 10 fotodetektoru a opět vyžadu-je použití veliké a nákladné čočky 1. Kompenzací pro ztrá-tu světla může být zvýšení intenzity osvětlení povrchu, na- příklad zajištěním mohutných světelných zdrojů 17 a 18.toto však značně zvyšuje cenu systému a činí spolehlivostsystému závislou na spolehlivosti a životnosti světéLnýchzdrojů. Toto uspořádání také stále trpí nevýhodou, že růz-né součástky musí být sestaveny do přesného vzájemného vztahu

Zařízení znázorněné na obr. 3 je určeno pro měřenírychlosti vozidla vůči zemi, například pro protiskluzovébrzdové systémy nebo pro aplikaci určování cesty. Na obráz-ku je znázorněna země 20, přičemž rychlost v vozidla, naněmž je zařízení připevněno, je indikován šipkou.

Zařízení obsahuje krabici 21, jejíž spodní povrch jeopatřen soustavou štěrbin 22 uspořádaných příčně ke směrupohybu vozidla. Kromě štěrbin 22 .ie krabice 21 světlotěsná.Za každou ze štěrbin 22 je uložen fotodetektor 24, což jev příkladném provedení fototranzistor obsahující spojnoučočku 23 a umístěný v ohnisku čočky 2β. Ve výhodném příklad— - 8 - ném provedení je zajištěno deset fotodetektorú, ačkoliv zaúčelem jasnosti je na obr. 3 znázorněno pouze 6 z nich. Vevýhodném provedení každý z fotodetektorú 24 a čoček 23je opatřen přístrojem typu OP 843, který je k dispoziciz mnoha zdrojů. Čočka 22 je opatřena integrální plastikovoučočkou s na světlo citlivou oblastí fotodetektorú 24 umístě-nou v ohnisku.

Fotodetektory 24 jsou uspořádány jako lineární řadaparalelně se směrem pohybu vozidla. Fotodetektor 24 a štěr-biny 22 jsou rovnoměrně rozloženy a rozteč 8 mm se ukázala e 1 být uspokojivou. Šířky štěrbin 22 mohou být mezi jedním apěti mm a mohou být všechny stejné, ovšem pro odstraněníúčinku bočních laloků prostorového filtru vytvořeného štěr- .í binami a fotodetektory, šířky štěrbin se mění od minimální t hodnoty pro štěrbiny na dvou koncích řady k maximální hodno-tě pro štěrbiny uprostřed. Například v případě deseti foto- ’ ^detektorů nejvnitřnější dvojice štěrbin má šířky 5 mm násle-

I * dující štěrbina v každém směru má šířku 4 mra a tak dále, i takže štěrbina na každém konci má šířku 1 tum,i i ΐ Fotodetektory 24 jsou uspořádány tak, že optické osy | čoček 23 jsou vzájemně rovnoběžné a jsou vertikální a smě- řují dolů ze zařízení instalovaného na vozidle.VZhledem kbočním rozměrům citlivých oblastí fotodetektorú 24 nereagujífotodetektory 24 pouze na světlo přicházející rovnoběžněs optickou osou, ale také na světlo přicházející podél konvergentních drah v svazku, jak je naznačeno světelnýmikužely 25» Rozsah každého svazku je určen zejména optickýmsystémem, obsahujícím štěrbinu 22 a čočku 23 před každýmfotodetektorem 24. Uspořádání je takové, že pro všechny výš-ky dolní plochy světelné krabice 21 nad zemí 20, se který-mi je třeba v praxi počítat, to jest pro rozsah vertikální-ho pohybu vozidla na jeho závěsu, fotodetektory 24 sledujínepřekrývající se oblasti povrchu země, které jsou rozlo-ženy rovnoměrně a následující za sebou ve směrní pohybu vo-zidla.

Fotodetektory 24 jsou uspořádány jako dvě soustavy,z nichž první je připojena k předzesilovači 26 a druhá jepřipojena kpředzesilovači 27. První soustava fotodetektoruobsahuje liché fotodetektory z řady fotodetektoru ve směrupohybu vozidla a druhá soustava obsahuje zbývající, tedysudé fotodetektory, které se tedy střídají s fotodetektoryprvní soupravy. Výstupy předzesilovaČů 26 a 27 jsou připojeny k inver—tujícímu a neinvertujícímu vstupu diferenciálního zesilo-vače 28, jehož výstup, když je zařízení v používání avozidlo je v pohybu, vytváří signál připomínající sinusovku.Tento signál je filtrován pásmovou propustí 29. jejíž výstupní signál je přiváděn ke komparátoru 30, který vytvářípravoúhlý nebo obdélníkový výstup. Výstupní signál kom-parátoru 30 je přiváděn k převodníku 31 kmitočtu na napětí. 10 ,-1 ¢.

Výstup komparátoru 38 se využívá pro sčxtací účely, na-příklad pro zajištění číslicového zobrazení rychlosti avýstup převodníku 3_1 může být použit pro řízení analogo-vého zobrazení rychlosti.

Uspořádání fotodetektoru umožňuje vyhnout se potřeběnákladného optického systému a není kritické na výrobu. Čočky 23 zajištěné integrálně fotodetektory 24. jsou dosta-čující spolu se štěrbinami 22 pro určení svazků fotodetekto-rů 24 a je pouze nezbytné zajistit,aby fotodetektory 24 byly uspořádány tak, aby byly nasměrovány vertikálně do- » lů přes odpovídající štěrbiny 22, Toto uspořádá ní může * <r být vyrobeno snadno a lacino, poněvadž fotodetektory jsou relativně laciné standartní součástky. Účinné apertury foto- detektorů jsou relativně veliké a ačkoliv se osvětlení země♦ « ♦ normálně«vyžaduje, není zde zapotřebí zvláštního uspořádá-ní pro zajištění intenzivního osvětlení povrchuzemě.

Obr. 4a znázorňuje fotodetektory 24 a předzesilovače .4. 26 a 2%. Kolektory fotodetektoru první soustavy jsou připo-jena ke svorce 4fi kladného napájecího napětí. Emitory foto-detektorů 24 jsou navzájem spojeny a přes zatěžovací rezis-tor 4l jsou připojeny ke společnému napájecímu vedení nazna-čenému na obrázcích propojením země. Emitory fotodetektorůjsou také připojeny 1c neinvertujícímu vstupu operačního ze-silovače, který vytváří předzesilovač 26 a je uspořádán ja-ko oddělovací tranzistor s jednotkovým zesílením se svým 11 - výstupem připojeným ke svému invertujícímu vstupu. Druhásoustava fotodetektorů je opatřena zatěžovacím rezistorem42 a tyto tranzistory a předzesilovač 27 jsou zapojenystejným způsobem jako první soustava fotodetektorů. Výstupy předzesilovačů 26 a 27 jsou připojeny k inver-tujícímu, případně neinvertujícímu vstupu diferenciálníhozesilovače 28 znázorněného na obr. 4b. Diferenciální zesi-lovač obsahuje operační zesilovač 50» rezis tory 51 až 54a kondenzátory 55 a 56. Výstup operačního zesilovače 50 je připojen k pásmovépropusti 2g» Pásmová propust 29 obsahuje operační zesilo-vač 60, jehož neinvertující vstup je připojen ke společné-mu napájecímu vedení a jehož invertující vstup je připojen k výstupu operačního zesilovače 50 přes kondenzátor 6l arezistor 64, zapojené v sérii, a k výstupu operačního zesi·^lovače 60 přes paralelní zapojení rezistoru 62 a kondenzá-toru 64.

Komparátor 30 obsahuje integrovaný komparační obvod65, jehož invertující vstup je připojen k výstupu pásmovépropusti 29. Výstup integrovaného komparačního obvodu 65je připojen přes zatěžovací rezistor 66 ke kladnému napáje-címu vedení a přes sériově zapojené rezistory 67 a 68 kespolečnému napájecímu vedení. Neinvertující vstup je připo-jen ke společnému bodu rezistorů 67 a 68, kde mu toto uspo-řádání zajišťuje určitou hysterezi v činnosti komparátoru 12 a tak zajišíuje stabilitu činnosti.

Existují dvě možná výstupní uspořádání v závislostina požadovaném režimu činnosti. Jestliže má zařízení vy-tvářet impulsní signál, například za účelem čítání, abytak bylo zajištěno číslicové zobrazení rychlosti,tak jevýstup komparátoru 30 připojen k neznázorněnému čitačikmitočtu. Alternativně nebo přídavně pokud má zařízenívytvářet signál, jehož napětí nebo úroveň odpovídá rychlosti, například pro zajištění analogového zobrazení, pakje výstup komparátoru připojen k převodníku 31 kmitočtuna napětí, jak je znázorněno na obr. 3· f I 3 4 'f *

Claims (9)

1. /Ψ Mí- -M h - 13 - PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob měření rychlosti obsahující vytváření právní-ho kombinovaného výstupu detekováním světla procházející-ho podél soustavy rovnoběžných prvních drah ze soustavyprvních oblastí spolupracujícího povrchu vytvářejícídruhý kombinovaný výstup, detekováním světla procházejí-cího podél soustavy druhých světelných drah rovnoběžných s prvním ssvětelnými drahami ze soustavy druhých oblastíspolupracujícího povrchu, které se střídají s prvnímioblastmi, a vytváření rozdílu mezi prvním a druhým deteko-vaným výstupem.
2. 2. Zařízení pro měření rychlosti, vyznačující se tím,že obsahuje soustavu fotodetektorů (24) uspořádaných propříjem světla přicházejícího podél rovnoběžných drah (25)ze za sebou následujících oblastí spolupracujícího povrchu(20), přičemž fotodetektory jsou uspořádány do první adruhé soustavy, kde fotodetektory (24) první soustavy jsouuspořádány pro sledování střídavých oblastí spolupracují-cího povrchu, dále obsahuje diferenciální zesilovač (28)pro vytváření rozdílu mezi kombinovaným výstupem prvnísoustavy fotodetektorů (24) a kombinovaným výstupem druhésoustavy fotodetektorů (24).
3. 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že foto-detektory (24) jsou uspořádány do řady s rovnoměrnými rozestupy. SCT.-—HEU9E - 14 -
4. 4. Zařízení podle bodu 2 nebo 3, vyznačující se tím,že každý fotodetektor (24) reaguje na světlo přicházejícíz oblasti prizmatlckého paprsku.
5. 5. Zařízení podle bodu 4, vyznačující se tím, že kaž-dý fotodetektor (24) obsahuje fotocitlivý snímač uspořáda-ný v ohnisku spojné čočky (23).
6. 6. Zařízení podle kteréhokoliv z bodů 2 až 5» vyznaču-jící se tím, že před každým z fotodetektorů (24) je uspo-řádána optická štěrbina (22).
7. 7. Zařízení podle kteréhokoliv z bodů 2 až 6, vyznaču-„ jící se prostředky pro váhování příspěvku každého z foto- detektorů (24) ke kombinovaným výstupům první a druhésoustavy. ; t ''M i i - 1
8. 8. Zařízení podle bodu 7» vyznačující se tím, že váho- 4 vání prostředních z fotodetektorů (24) každé ze soustav jevětší než váhování dalších fotodetektorů (24).
9. 9. Zařízení podle bodu 7 nebo 8 v závislosti na bodu 6, vyznačující se tím, že štěrbiny (22) před středními fo-todetektory (24) jsou širší než štěrbiny před dalšími foto-detektory (24). , 14. 4.1989 Zástupce : z 2829