DE2345106C3 - Device for measuring the speed of a body, in particular a vehicle - Google Patents
Device for measuring the speed of a body, in particular a vehicleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines Körpers, insbesondere eines Fahrzeuges, unter Verwendung eines Korrelationsverfahrens, bei dem die von zwei in Bewegungsrichtung in einem vorgegebenen Abstand hintereinander angeordneten Sonden abgegebenen elektrischen Signale, die abhängig von den Unregelmäßigkeiten der Oberfläche der von diesen Sondcii berührungslos abgetasteten Fläche erzeugt werden, einander zugeordnet werden, wobei die Signale der einen Sonde durch ein Schieberegister mit veränderlicher Schiebefrequenz verzögert und für die Zuordnung die Vorzeichen der Signale benutzt werden, und bei dem die von der einen Sonde abgegebenen Vorzeichensignale in hintereinandergeschaltete digitale Schieberegister eingegeben werden und die Ausgänge der Schieberegister mit einer Entscheidungslogik verbunden sind, in der die gleichzeitig an den Ausgängen der Schieberegister anliegenden Vorzeichen mit dem zur gleichen Zeit eingegebenen Vorzeichensignal der anderen Sonde verknüpft werden.The invention relates to a device for measuring the speed of a body, in particular of a vehicle, using a correlation method in which that of two in the direction of movement at a predetermined distance behind one another arranged electrical probes emitted Signals that depend on the irregularities of the surface of these Sondcii contactless scanned area are generated, are assigned to each other, with the signals of a probe delayed by a shift register with variable shift frequency and the signs for the assignment of the signals are used, and in which the sign signals emitted by the one probe can be entered into digital shift registers connected in series and the outputs of the shift registers are connected to a decision logic in which the simultaneously at the outputs of the shift register pending sign with the sign signal of the other entered at the same time Probe can be linked.
Zur Messung der Geschwindigkeit von Walzgut, Flüssigkeiten und ähnlichem sowie zur Messung von Geschwindigkeit und Weg auf Fahrzeugen werden häufig Meßverfahren angewendet, die zwei in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete Meßsonden verwenden und die Laufzeit des Objekts von einer zur anderen Sonde als Maß für die Geschwindigkeit verwenden.For measuring the speed of rolling stock, liquids and the like as well as for measuring Speed and distance on vehicles are often used as a measurement method, the two in the direction of movement Use measuring probes arranged one behind the other and the transit time of the object from one probe to the other as a measure of the speed use.
Dabei kann die Geschwindigkeit berechnet werden durch:The speed can be calculated by:
wobei α der Sondenabstand und τ0 die Laufzeit ist. Bei diskreten Markierungen auf dem Objekt, wie z. B. magnetischen Marken, Farbstrichen oder Oberflächenmarken kann die Laufzeitmessung in einfacher Weise auf eine Zeitmessung zurückgeführt werden.where α is the probe distance and τ 0 is the transit time. In the case of discrete markings on the object, such as B. magnetic marks, colored lines or surface marks, the transit time measurement can be traced back to a time measurement in a simple manner.
Sind jedoch keine solche Marken vorhanden, so kann die statistische Verteilung von Unregelmäßigkeiten der von den Sonden abgetasteten Oberflächen dazu verwendet werden, die Laufzeit mit Hilfe eines der bekannten Korrelationsverfahren zu bestimmen (Aufsatz von Mesch, Daucher und Fritsche: »Geschwindigkeitsmessung mit Korrelationsverfahren« in der Zeitschrift »meßtechnik«, 1971, Heft 7, S. 152 bis 157).However, if there are no such marks, the statistical distribution of irregularities of the surfaces scanned by the probes are used to determine the transit time with the aid of a to determine the known correlation methods (article by Mesch, Daucher and Fritsche: "Velocity measurement with correlation method" in the magazine "meßtechnik", 1971, issue 7, Pp. 152 to 157).
Mit einem solchen bekannten Verfahren kann z. B. die Variation des Reflexionsgrades der Oberfläche mit optischen Sonden erfaßt werden und zur Korrelation das von der ersten Sonde herkommende Signal so lange verzögert werden, bis es dem Signal von der zweiten Sonde gleicht. Die AutokorreJationsfunktion ist gegeben durch:With such a known method, for. B. the variation in the reflectance of the surface are detected with optical probes and for correlation the signal coming from the first probe delayed until it equals the signal from the second probe. The auto correction function is given by:
— f U - f U
= lim — / U1(I+ τ)-U2(t)-dt, = lim - / U 1 (I + τ) -U 2 (t) -dt,
wobeiwhereby
5555 U2(t)= U1(I+ τ).U 2 (t) = U 1 (I + τ).
Bei τ = τ0 hat diese Funktion ein Maximum. Man kann diese Funktion in einem elektrischen Analogrechner nachbilden und so τ und damit die Geschwindigkeit feststellen.At τ = τ 0 this function has a maximum. This function can be simulated in an electrical analog computer and thus τ and thus the speed can be determined.
Bei einem anderen Verfahren wird nicht mehr die Amplitudeninformation der von den Sonden abgegebenen Signale verwendet, sondern nur ihr Vorzeichen. Dadurch ergeben sich Verzerrungen der Korrelationsfunktion. Dabei ist die Verwendung eines digitalen 1-Bit-Schieberegisters möglich.In another method, the amplitude information is no longer given by the probes Signals are used, only their sign. This results in distortions of the correlation function. The use of a digital 1-bit shift register is possible.
Bei diesen bekannten Verfahren sind die Integratoren, die Spannüngs-Frequenzwand'.er und die Dif-In these known methods, the integrators, the voltage frequency wall and the difference
ferentiatoren als aufwendige Analogschaltungen ausgebildet. ferentiators designed as complex analog circuits.
Der Erfindung am nächsten kommt die in einem Aufsatz von H. Hartebrodt in der Zeitschrift »Messen, Steuern, Regeln«, 12, 1969, Heft 6, S. 245 bis 250 beschriebene Schaltung, die mit einem angezapften Schieberegister und einer nachgeschalteten Entscheidungslogik arbeitet. Die signalabhängige Veränderung der Schiebefrequenz geschieht aber hier durch AnDRlogschaltglieder, die gegenüber digital arbeitenden Schaltungsteilen den Nachteil haben, daß sie nicht driftfrei arbeiten und für einen einigermaßen konstanten Betrieb teuere zusätzliche Stabilisierungsmaßnahmen erfordern. Zudem ist bei der bekannten Schaltung eine digitale Geschwindigkeitsanzeige sowie eine Anzeige des zurückgelegten Weges nur mittels weiterer aufwendiger Schaltungsteile möglich.The invention comes closest to that in an article by H. Hartebrodt in the journal "Measuring, controlling, regulating", 12, 1969, Issue 6, pp. 245-250 described circuit that tapped with a Shift register and a downstream decision logic works. The signal-dependent change the shift frequency is done here by AnDRlog contact elements, which are digital opposite working circuit parts have the disadvantage that they do not work drift-free and for a reasonably constant operation require expensive additional stabilization measures. In addition, the known circuit a digital speed display and a display of the distance covered only possible by means of further complex circuit parts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugunde, eine einfache Meßeinrichtung zu schaffen, in der keine analog arbeitenden Teile verwendet werden, und die driftfrei arbeitet.The invention is based on the object to provide a simple measuring device in which none analog working parts are used, and the drift-free works.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anzahl der Stufen des ersten Schieberegisters wesentlich größer als die Anzahl der Stufen des zweiten Schieberegisters ist, daß der Entscheidungslogik ein von den Verknüpfungssigna! -η gesteuerter digitaler Vor-Rück-Zähler nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge dieses Zählers mit einem Frequenzteiler verbunden sind, der, abhängig von dem zugeführten momentanen Digitalwert des Zählers, wobei die Digitalwerte direkt proportional der Geschwindigkeit des Körpers sind, und einer von einem Taktgeber eingegebenen konstanten Frequenz, eine variable Frequenz erzeugt, die als Schiebefrequenz die Schieberegister derartig steuert, daß die mittlere Verzögerungszeit der durch die Schieberegister gegebenen Vorzeichensignale gleich der Körperlaufzeit zwischen den beiden Sonden ist.This object is achieved according to the invention in that the number of stages of the first shift register that of the decision logic is significantly greater than the number of stages of the second shift register one of the shortcut signs! -η controlled digital up-down counter connected downstream and that the outputs of this counter are connected to a frequency divider which, depending on the supplied current digital value of the counter, the digital values being directly proportional to the Are the speed of the body, and a constant frequency entered by a clock, generates a variable frequency which controls the shift register as a shift frequency in such a way that the mean delay time of the sign signals given by the shift register is equal to the Body travel time between the two probes.
Die Schaltung nach der Erfindung ist einfach und kostengünstig zu realisieren. Infolge ihrer Driftfreiheit benötigt sie keine aufwendigen Stabilisierungsmaßnahmen, ist aber dennoch in weiten Grenzen unempfindlich gegen Temperatur- und Spannungsänderungen. Diese Eigenschaften machen die Schaltung nach der Erfindung besonders geeignet zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, wobei sie sowohl ortsfest an der Strecke als auch auf den Fahrzeugen montiert eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß zur Geschwindigkeitsanzeige direkt der Stand des obengenannten Vorwärts-Rückwärts-Zählers verwendet werden kann. Eine Weiterbildung der Schaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen des zurückgelegten Weges eines Körpers die vom Ausgang des Frequenzteilers abgegebene Frequenz einen Zähler derartig steuert, daß von einem Zeitpunkt der Nullstellung an der zurückgelegte Weg des Körpers durch den Zähler angezeigt wird. Mit dieser Schaltung kann zusätzlich der zurückgelegte Weg eines Fahrzeugs gemessen werden.The circuit according to the invention is simple and inexpensive to implement. As a result of their freedom from drift it does not require any complex stabilization measures, but is nonetheless insensitive within wide limits against temperature and voltage changes. These properties make the circuit according to the invention particularly suitable for measuring the speed of vehicles, in particular Rail vehicles, where they are both fixedly mounted on the route and on the vehicles can be used. Another advantage is that the speed is displayed directly on the above-mentioned up-down counter can be used. A further development of the circuit according to the invention is characterized in that one for measuring the distance covered Body controls the frequency output from the output of the frequency divider in such a way that a counter from a point in time of the zero position to the distance covered by the body indicated by the counter will. This circuit can also be used to measure the distance covered by a vehicle.
Die Erfindung sei an Hand eines in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on one shown in FIG. 2 illustrated embodiment explained in more detail.
in der F i g. 1 sind die in einem vorgegebenen Abstand angeordneten Sonden Sol und So 2 dargestellt, die das in der Bewegungsrichtung BW vorbeilaufende Objekt abtasten und abhängig von den Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Objekts O elektrische Signale Sign VZl und Si fin VZ 2 zu einer Auswertecinrichiung A übertragen, wie sie beispielsweise in der F i g. 2 schematisch angegeben ist.in FIG. 1 shows the probes Sol and So 2 , arranged at a predetermined distance, which scan the object moving past in the direction of movement BW and, depending on the irregularities of the surface of the object O, transmit electrical signals Sign VZl and Si fin VZ 2 to an evaluation device A , such as they, for example, in FIG. 2 is indicated schematically.
Von den Signalen Sign VZ1 Mnd Sign VZ 2 der Sonden werden lediglich die Vorzeichen benutzt.Only the signs are used of the signals Sign VZ 1 Mnd Sign VZ 2 of the probes.
Die Einrichtung der Fig. 2 besteht aus den hintereinandergeschalteten digitalen Schieberegistern SR-n und SR-m, der Entscheidungslogik L, dem Vor-Rück-Zähler Z, dem eine konstante Frequenz abgebenden Taktgenerator TG und einem Frequenzteiler T, über dessen Ausgang den Schieberegistern SR-n und SR-m eine veränderliche Schiebefrequenz zugeführt wird.The device in FIG. 2 consists of the series-connected digital shift registers SR-n and SR-m, the decision logic L, the up-down counter Z, the clock generator TG which emits a constant frequency and a frequency divider T, via the output of which the shift registers SR -n and SR-m a variable shift frequency is supplied.
Das Vorzeichensignal Sign VZ I der Sonde So 1The sign signal Sign VZ I of the probe So 1
'5 wird über das Schieberegister SR-n mit η Bit und anschließend über das Schieberegister SR-m mit m Bit verzögert, wobei m wesentlich kleiner als η ist.'5 is delayed with η bits via the shift register SR-n and then with m bits via the shift register SR-m , where m is significantly smaller than η .
Die Vorzeichen A und B dieser beiden verzögerten Signale werden mit dem Vorzeichensignal Sign VZ2 der Sonde So2 in der Entscheidungslogik L verknüpft, wobei die verzögerten Vorzeichen über die Ausgänge α und b der Schieberegister der Entscheidungslogik L zugeführt werden, das Vorzeichen C des Signals Sign VZ 2 nahezu unverzögert eingegeben und eine Verknüpfung der zur gleichen Zeit anstehenden Vorzeichen vorgenommen wird.The signs A and B of the two delayed signals are combined with the sign signal SIGN VZ2 of the probe So2 in the decision logic L, the delayed sign α via the outputs and b of the shift register of the decision logic L are supplied to the sign of C of the signal Sign VZ 2 is entered almost instantaneously and the signs pending at the same time are linked.
Von den Ausgängen der Entscheidungslogik L werden an den Vor-Rück-Zähler Z die Signale für Zählrichtung R und Zählimpuls / abgegeben. Die Parallelausgänge des Zählers Z steuern den digitalen Frequenzteiler T, bei dem das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsimpulsen - ist, wobei d eine The signals for counting direction R and counting pulse / are sent from the outputs of the decision logic L to the up-down counter Z. The parallel outputs of the counter Z control the digital frequency divider T, in which the ratio of output to input pulses is -, where d is a
feste Zahl, z. B. eine Potenz von 2 und e eine variable, durch den Zählerstand vorgegebene Zahl ist. Der Frequenzteiler T erhält von dem Taktgeber TG eine konstante Frequenz, die er nach Vorgabe des Zählers Z teilt. Die variable Frequenz am Teilerausgang wird den beiden Schieberegistern SR-n und SR-m als Schiebefrequenz zugeführt.fixed number, e.g. B. a power of 2 and e is a variable number given by the counter reading. The frequency divider T receives a constant frequency from the clock generator TG , which it divides according to the specification of the counter Z. The variable frequency at the divider output is fed to the two shift registers SR-n and SR-m as a shift frequency.
Hierbei wird die Schiebefrequenz so geregelt, daß das Signal A dem Signal C genau so viel voreilt, wie das Signal B dem Signal C nacheilt, d. h., wenn in der Mitte des Schieberegisters SR-m ein Signal abgenommen würde, dieses Signal zeitgleich mit dem Signal C ist. Die Mitte dieses Schieberegisters entspricht einer Verzögerung von η + ~ Schiebeschritten, wodurch die mittlere Verzögerungs-Zeit der durch die Schieberegister SR-n und SR-m gegebenen Vorzeichensignale Sign VZ1 gleich der Objektlaufzeit zwischen den beiden Sonden Sol und Sol entspricht. The shift frequency is regulated so that signal A leads signal C just as much as signal B lags signal C, that is, if a signal is picked up in the middle of shift register SR-m , this signal is at the same time as the signal C is. The middle of this shift register corresponds to a delay of η + ~ shift steps, whereby the mean delay time of the sign signals Sign VZ 1 given by the shift registers SR-n and SR-m corresponds to the object transit time between the two probes Sol and Sol.
Die Entscheidungslogik L arbeitet bei der momentanen Eingabe der Vorzeichen A, B und C folgendermaßen: The decision logic L works with the momentary input of the signs A , B and C as follows:
. Wenn das Vorzeichen A gleich dem Vorzeichen B ist, wird kein Zählimpuls/ abgegeben; bei A - €φΒ wird ein Impuls / mit der Zählrichtung R »vorwärts« an" den Vor-Rück-Zähler Z abgegeben, wodurch über den Frequenzteiler T die Schiebefrequenz für die Schieberegister SR-n und SR-m erhöht wird, und bei B -- C φ A wird die Schiebefrequenz erniedrigt, da jetzt von der Entscheidungslogik L ein Impuls / mit der Zählrichtung R »rückwärts« dem Zähler Z zugeführt wird.. If the sign A is equal to the sign B , no counting pulse / is emitted; at A - € φΒ a pulse / with the counting direction R "up" is delivered to "the up-down counter Z, whereby the shift frequency for the shift registers SR-n and SR-m is increased via the frequency divider T , and at B - C φ A , the shift frequency is reduced, since a pulse / with the counting direction R "backwards" is now fed to the counter Z by the decision logic L.
Auf diese Weise wird erreicht, daß von den zwei möglichen Werten, die die Vorzeichensiunale A. B In this way it is achieved that of the two possible values which the sign signals A. B
und C beinhalten können, im zeitlichen Mittel gleichviclc Werte des Vorzeichensignals C mit den Werten des Vorzeichens A bzw. R übereinstimmen.and C , on average over time, the same number of values of the sign signal C coincide with the values of the sign A and R , respectively.
Die Digitalwertc, die an den Ausgängen des Zählers Z anstehen, sind direkt proportional der Gesehwindigkeit des Objekts und werden über die Leitungen V einer entsprechenden Vor: ichtung zugeführt.The digital values that are present at the outputs of the counter Z are directly proportional to the speed of the object and are fed to a corresponding device via the lines V.
Ist die Meßeinrichtung beispielsweise auf einem Fahrzeug angeordnet, so kann zum Messen des zurückgelegten Weges dieses Fahrzeuges die vom Ausgang des Frequenzteilers T abgegebene Frequenz einem Wegziihlcr .S' zugeführt werden, der den voi einem Zeitpunkt der Nullstellung an zurückgelegter Weg des Fahrzeuges anzeigt.If the measuring device is arranged on a vehicle, for example, the frequency given by the output of the frequency divider T can be fed to a path counter .S 'to measure the distance covered by this vehicle, which indicates the distance covered by the vehicle at a point in time of the zero position.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellten zwe Schieberegister SR-n und SR-m können räumlich ir einer Baueinheit angeordnet werden, wobei die Stufe η des Schieberegisters SR-n innerhalb der Baueinheil mit der ersten Stufe des Schieberegisters SR-n verbunden ist und die Vorzeichensignalc A und h über den Stufen η und m zugeordneten Ausgänge wcitcrgclcitet werden. The two shift registers SR-n and SR-m shown in the exemplary embodiment can be spatially arranged in a structural unit, the stage η of the shift register SR-n within the structural unit being connected to the first stage of the shift register SR-n and the sign signals c A and h be wcitcrgclcitet via the outputs assigned to the stages η and m.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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