KR930008407B1 - 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기 - Google Patents

물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기
제 1 도는 속도 감지 시스템의 개략도.
제 2 도는 제 1 도의 신호처리 회로의 일실시예의 개략적인 블럭선도.
제 3 도 내지 제 7 도는 제 2 도의 여러 부분에 대해 상세화된 회로선도.
제 8 도는 본 발명에 따른 신호 처리 유닛의 적합한 실시예의 개략적인 블럭 선도.
제 9 도 내지 제 15 도는 제 8 도의 여러 부분에 대해 상세화된 회로 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
46 : 드롭아웃 검출기 50, 52, 54 : 위상 고정 루프(PLL)회로.
본 발명은 농기계(agricultural vehicle)등의 운송 수단의 지면 속도와 같이, 서로 상대적으로 이동하는 물체간에서의 상대 속도를 감지하는 감지기에 관한 것이다.
오늘날 사용되고 있는 거의 모든 농기계 및 비고속도로용 장비에 있어서, 이것의 속도는 바퀴 속도를 감지하는 자기 픽업(magnetic pickup)에 의해 감지가 된다. 그러나, 이러한 측정 기술에는 여러가지 문제가 있다. 예를들어, 뒷바퀴 또는 구동바퀴가 지면에 대해 미끄러질 수도 있기 때문에 지면 속도를 판독함에 있어서 에러가 발생할 수 있다. 앞바퀴로부터 지면 속도를 감지할 때, 앞바퀴는 때때로 지면에서 떨어질 수도 있으므로, 실제 지면 속도로 회전하지 않게 된다. 스티어링(steeroge) 결과로 인해, 바퀴가 미끄러지기 때문에 앞바퀴는 지면 속도로 유지(track)되지 않을 수도 있다.
상기 형태의 지면 속도 측정에 의해 발생되는 비정밀성 때문에, 살포, 파종 및 다른 기구 또는 운반 수단 제어기구와 같은 폐쇄 루프 제어 시스템용 입력 파라미터로서 효과적으로 사용될 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도플러식 지면속도 감지 시스템이 제안되었다. 변형된 도플러 방정식 즉
Vg＝(c△f)÷(ft cosα) (1)
에 따라, 전송 및 수신된 신호간에서의 주파수 편이 △f로부터 속도 Vg를 구할 수 있다. 여기서 α는 수평으로부터의 신호 전송축의 각도이며, c는 음속이고, ft는 전달된 신호의 주파수이다.
제안된 도플러식 초음파 대지 속도 감지 시스템은 1984년 5월 14일자 출원된 미합중국 특허출원 제609, 626호에 기술되어 있으며, 본 출원의 양수인에게 양도되었다. 상기 및 다른 형의 속도 감지 시스템은 신호처리 회로에서 위상 고정 루프(PLL)를 이용한다. 상기와 같은 시스템에 있어서 수신된 신호의 크기는 지면의 반사도 변화와 지면의 여러 반사면으로부터 나오는 파면 가운데서 순간적 파괴적인 간섭으로 인해 진폭이 상당하게 변동할 수 있다. 수신 신호 크기에 있어서 큰 변동은, 수신된 신호의 크기가 너무 작기 때문에 수신된 주파수를 검출 할 수 없는 "드롭-아웃(drop-out)"의 주기를 발생시킬 수 있다. 이러한 신호 드롭-아웃의 주기에 의해, 상기 시스템은 에러 또는 편이된 속도 출력 신호를 발생시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 말하자면, 수신 신호의 크기가 PLL은 고정된 상태로부터 벗어나게 되어, PLL로부터의 출력 전압이 0으로 된다. 따라서 동작중에, 출력신호는 과 정확히 표시된 지면 속도 사이에서 변동을 한다. 이러한 출력 신호가 평균화 되거나 또는 필터되면 지면 속도는 에러값이 많은 낮은 값으로 표시될 것이다.
1975년 7월 1일자 클리포드에게 허여된 미국특허 제 3,893,076호에서는, 카운터(114 및 116)가 혼합된 도플러 주파수의 연속하는 5개 싸이클 그룹에 상당하는 시간 간격을 나타내는 숫자를 포합하고 있는 디지탈 속도 장치 시스템이 기술되어 있다. 상기 숫자는 감지된 속도를 표시한다. 상기 카운터와 시스템 출력 사이에 결합된 가산기, 비교기 및 논리회로에 의해 신호 드롭-아웃 보상이 제공이 된다. 2개 카운터에 있는 숫자 사이의 차가 충분히 클때 즉, 신호 드롭-아웃이 발생하면, 감산기와 비교기는, 상기 숫자중 하나를 갖을 수 있는 레지스터가 생긴하는 것을 논리 게이트를 통해 방지한다. 상기와 같은 시스템은 드롭-아웃 검출회로가 카운터의 "다운 스트림(down-stream)"으로 구성때문에 연속하는 두 간격이 신호 드롭-아웃을 포함한다 할지라도, 이들 두 간격이 동일해질 수 있다는 단점을 갖고 있다. 만약 이러한 것이 발생하면, 레지스터는 실제의 속도를 나타내지 않는 잘못된 숫자로 갱신이 될 수 있다. 또한 상기와 같은 시스템은 아주 복잡하며 제조하는데 비용이 많이 든다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은 반사된 또는 수신된 신호의 진폭에서의 변동을 보상하기 위한, 간단하고 신뢰성 있는 시스템으로 구성된 속도 감지 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전송 주파수와 성분 드리프트에 민감하지 않은 도플러식 속도 감지 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 타이밍 문제를 갖지 않는, 신호 드롭-아웃 검출 능력을 가진 도플러식 속도 감지 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적 및 다른 목적은 초음파 송신기 및 수신기와 신호처리 회로를 포함하는 본 발명에 의해 달성된다. 상기 신호처리회로는 한쌍의 PLL회로를 포함하는데, 제 1 PLL회로는 전송 주파수를 수신하고, 나머지 제 2 PLL회로는 반사된 주파수를 수신한다. 드롭-아웃 검출 회로는 반사된 주파수를 수신하여, 정류되고 평균된 진폭을 임계치와 비교하는 비교기를 갖고 있다. 상기 정류되고 평균된 진폴이 드롭아웃 즉 임계치 이하로 떨어지면, 턴온되고 제 2 PLL회로에 있는 스위치가 개방되어, 제 2 PLL회로의 출력은 드롭-아웃 조건의 기간동안 거의 변화하지 않은 상태로 유지하게 한다. 제 1 및 제 2 PLL회로의 출력간의 차로부터 지면 속도(속력 및 방향)를 나타내는 출력신호가 도출된다. 따라서, 이 출력 신호는 반사된 신호 드롭-아웃 조건에 의해서 거의 영향을 받지 않게 된다.
상기 목적 및 다른 목적은, 모든 타이밍을 도출해내는 마스터 클럭과 송신 증폭기 및 변환기와, 수신 증폭기 및 변환기와, 디지탈 주파수 검출기와, 신호 드롭 아웃 감지 및 홀드 회로를 포함하는 본 발명의 적합한 실시예에 의해 달성된다.
상기 마스터 클럭을 위해 송신 주파수(40KHz가 적합함)로 분할되어 송신 증폭기 및 변환기를 구동시킨다. 수신된 에코우는 증폭이 되고 제곱이 되어, 주파수 검출기로 전송되면 이 주파수 검출기에서 수신된 에코우의 주기와 송신 신호의 주기 사이의 차가 측정된다. 상기 차는 속력에 비례한다.
주파수 검출기는 2개의 다운 카운터를 포함하는데 하나는 수신 신호에 의해 구동이 되며, 다른 하나는 마스터 클럭으로부터 도출된 주파수를 갖는 신호에 의해 구동된다. 상기 수신 카운터는 초기화되어 클럭 카운터를 온 또는 오프시킨다.
각각의 측정 기간동안, 클럭 카운터는 특정의 수신 싸이클 수(1280)동안 발생하는 클럭 싸이클 수를 측정한다. 또한 송신 주파수는 마스터 클럭으로부터 도출되기 때문에, 클럭 카운터의 각 카운트는 송신 싸이클의 고정 부분을 나타낸다. 따라서, 최종 카운트는 독립적 참조를 위한 것이 아닌고 전송주기에 대해서 송신 및 수신 주기 사이의 차이를 나타낸다. 이것에 의해, 검출기 출력은 마스터 클럭 주파수에서의 드리프트에 영향을 받지 않게 되며 또한 회로성분의 특성의 변화에도 영향을 받지 않게 된다.
각각의 측정 기간의 종료에서 최종 카운트는 출력을 위해 래치가 되며, 카운팅 처리가 다시 시작된다.
드롭-아웃 검출기는 수신신호의 진폭을 모니터한다. 따라서, 두 실시예에 있어서, 가변 진폭 반사 신호는 드롭-아웃 검출 회로의 입력에 의해 수신이 된다. 상기 진폭이 실제 도플러 편이를 신뢰성 있게 검출할 수 있는 최소 레벨이 이하로 떨어질때 드롭아웃이 발생하는 것으로 간주한다. 적합한 실시예에서 드롭-아웃 조건이 발생하면, 클럭 및 수신 카운터는 금지상태가 되며 주파수 검출기는 드롭-아웃 조건이 소멸될 때까지 대기한다. 이때 카운팅이 다시 시작된다.
[상세한 설명]
지면 속도 감지 시스템(10)은 운송수단의 하부 프레임 부재(14)상에 장착하는 인접한 초음파 송, 수신기 유닛(12)을 포함한다. 상기 유닛(12)은 수평으로부터 약 37도의 α각으로 적합하게 전향으로 되어있는 송, 수신 혼(horn)(16, 18)을 갖는다. 신호처리유닛(20)은 유닛(14)에 초음파 송신 신호를 공급하며, 유닛(14)로부터 신호를 수신한다. 상기 혼은 종래의 초음파 혼일수도 있으나, 1984년 10월 15일자 출원된 미국특허 출원 제 660,819호(본 원의 양수인에게 양도됨)에 기술된 바와 같은 혼조립체와 동일한 것이 적합하다. 혼(16, 18)은 대응하는 종래의 초음파 송신기(22) 및 수신기(24)에 결합되어 있다. 송신기(22)는 40KHz의 송신 주파수 ft로 연속적으로 송신하는 것이 적합하다. 수신기(24)의 출력은 주파수 fr을 갖는 반사된 신호 R이다. 송신기와 수신기 사이의 누화는 혼(16, 18)을 서로 음파적으로 분리 시키는 코르크(cork)를 사용하거나 잘 알려진 고무와 같은 완충대(shock mounts)를 이용하여 혼사이에 음파 차단물을 부착하여 혼을 매달고, 또한 초음파 에너지가 빠져 나가는 혼의 부분을 음파적으로 밀폐시키는 코르크를 이용하여 적합하게 제거될 수 있다.
혼(16, 18)이 운송수단의 이동 방향에 대해 진행 방향으로 지면을 향하고 있다면, 반사된 신호 R은 반사 주파수 fr을 갖게 되며, 이 주파수 fr은 운송수단 및 시스템(10)이 진행 방향으로 이동하고 있을 경우 fr보다 높으며, 반대로, 운송 수단 및 시스템(10)이 후진 방향으로 이동하고 있으면, ft보다 낮게 된다.
제 2 도에 적합하게 도시된 바와 같이, 신호 처리 회로(20)는 40KHz의 주파수를 제공하는 발진기(32)를 포함하고 있다. 회로(20)는 또한 수신기(24)의 출력을 수신한다. 전송 신호 T는 송신기(22) 및 기준 PLL회로(34)에 전송된다. 기준 PLL회로(34)는 도시된 바와같이 결합되어 있는, 위상 비교기(36), 지역 통과 필터(38) 및 전압 제어형 발진기(40)를 포함하고 있다. 기준 PLL회로(34)는 40,000Kz이하인 송신주파수 ft에 비례하는 기준 전압 Vt을 (42)에 공급한다.
수신기(24)의 출력(R)은 입력 증폭기(43)의 입력에 의해 수신된다. 입력 증폭기(43)의 출력은 스퀘어링 증폭기(44)에 접속되며 또한 진폭 비교기 즉 "드롭-아웃" 검출기 회로(46)에도 접속된다. 드롭아웃 검출기회로(46)는 R신호를 정류하며, 정류된 R신호의 평균 진폭을 PLL회로가 고정상태에서 드롭아웃되는 진폭보다 약간 큰 예를 들어 2볼트 정도의 임계 전압과 비교한다. 회로(46)의 출력은 통상적으로 낮지만, 수신기(24)의 출력이 낮거나 또는 "드롭-아웃" 상태일때의 주기동안은 높아진다. 스퀘어링 증폭기(44)의 출력은 다른 또는 수신 PLL검출기(48)에 전달된다.
수신 PLL검출기(48)는 위상 비교기(50)와, 드롭아웃 검출기 회로(46)의 출력에 의해 제어되는 홀드 스위치를 갖는 필터회로(52) 및 전압 제어형 발전기(54)를 포함한다. 따라서, PLL검출기(48)는 40,000Hz이하인 수신 신호 R의 주파수 fr에 비례하는 전압 Vr을 (56)에 공급한다.
전압 Vt및 Vr은 △f＝(fr－ft)에 비례하는 출력 전압 Vo를 발생하는 차동 증폭기에 결합되고, 상기 출력전압 Vo는 운송수단의 지면 속도에도 비례한다. 기준 PLL회로(34)가 전송 신호 T에 의해 직접 구동되며 PLL회로(34 및 48)의 출력은 서로 감산되기 때문에, 발진기(32) 또는 PLL회로(34 및 48)와의 공통 부품에서 온도에 의해 유도된 드리프트로 인한 출력신호 Vg에서 드리프트가 제거되어진다.
제 2 도의 회로에 대해 보다 상세히 설명하고자 제 3 도 내지 제 7 도와 상기 설명에 해당하는 제안된 부품값의 표를 참고로 할 수 있다. 이것 이외도 제 7 도에 적합하게 도시된 바와같이 수신 PLL 검출기(48)은 적분 증폭기 IC10(궤환 캐패시터 C4를 갖음)를 포함한다는 것에 주목해야 한다. 위상 비교기(50)의 출력은 전압 제어 스위치 IC1를 통해 적분 증폭기 IC10의 입력과 비례 증폭기(IC7)에 결합된다. 스위치 IC1은 드롭아웃 검출기 회로(46)로부터의 출력이 로우될때(신호드롭-아웃 조건이 존재치 않을때), IC10의 입력이 위상 비교기(50)의 출력에 결합되어 IC10의 출력 Vr의 크기가 수신된 신호 R의 주파수변화에 비례하여 연속적으로 변화하도록 작동한다. 그러나, R의 크기가 "드롭-아웃"이면, 드롭-아웃 검출기 회로(46)의 출력은 하이 상태가 되어, 스위치 IC1은 위상 비교기(50)의 출력을 IC10의 출력에서 분리시킨다. 따라서, 수신된 신호의 드롭-아웃이 발생하면 IC10의 출력 Vr은 드롭-아웃 조건이 소멸될때까지 변화되지 않은채로 유지된다.
비례증폭기 IC7의 출력과 IC10의 출력 Vr은 반전기 및 가산 증폭기 IC8에 의해 서로 가산된다. IC8의 출력은 VCO(54)의 입력에 결합되어 위상 고정 루프 검출기(48)가 완성된다.
Figure kpo00001
직접회로
ICI - 디지탈 제어형 아날로그 스위치 AD7515 DI
IC2, IC3 - 위상 고정 루프 EGC 890(실바니아)
IC4, 7, 8 및 9 - 표준 연산 증폭기 741
IC5, 6, 및 10 - 고성능 연산 증폭기 LF 356B
IC11 - 비교기 LM 311
IC12 - 비교기 LM 357
Figure kpo00002
다이오드
D1-1N914
D2-1N914
D3-1N821
D4-1N821
D5-1N914
D6-1N914
D7-1N914
[적합한 실시예의 설명]
제 8 도에 도시된 바와 같이, 신호 처리 회로(220)는 분주기 유닛(224)에 인가되는 4MHz의 마스터 클럭 주파수를 갖는 발진기(222)를 포함한다. 유닛(224)는 40KHz의 전송주파수 신호와, 500KHz의 클럭 주파수 fc와 40816Hz의 보정 주파수 fcal를 제공한다. 40KHz 신호는 전력 증폭기(226)를 통해 변환기(28) 및 송신 혼(16)에 전송되어, 40Hz의 초음파 전송 신호가 생성된다.
반사된 초음파 신호가 혼(18)과 수신 변환기 (30)에서 수신되어, 주파수 fr을 갖는 반사신호 R이 생성된다. 상기 신호 R은 전치 증폭기(232)와 수신 증폭기(234)에서 증폭되어, 스케어링 회로(236)와 드롭-아웃 검출 회로(238)에 입력에 인가된다. 드롭-아웃 검출 회로(238)의 출력은 통상적으로 로우 상태이지만, 증폭기(234)의 출력의 피크 진폭이 예를들어 2.0볼트의 임계치 이하이면 하이 상태로 된다.
스위치(240)는 회로(224)로부터는 전송주파수 ft의 보정주파수 fcal을 수신하며, 회로(236)으로부터는 반사된 주파수 fr을 수신한다. 스위치(240)는 3개의 주파수중 선택된 하나를 동기화 플립-플롭(242)의 C입력에 결합시키고 또한 1마이크로초 지연 회로 (248)를 통해 수신 다운 카운터(244)의 C입력에 결합시킨다. 스위치(240)의 금지 또는 디스에이블 드롭-아웃 출력은 드롭-아웃 검출기(238)에 결합된다.
D형 플립-플롭(242)의 D입력 또는 데이타 입력은 드롭-아웃 검출회로(238)의 출력에 결합되며, 셋트 S입력은 수신 다운 카운터(244)의 "0 출력"단자에 결합되고, Q출력은 수신 다운 카운터(244)의 금지 Inh입력과 클럭 다운 카운터(246)의 금지 Inh 입력에 결합된다.
수신 다운 카운터(244)는 또한 1마이크로초 지연회로(248)를 통해 스위치(240)의 출력에 결합된 클럭 입력을 갖고 있다. 12비트의 2진 워드(예를 들어, 십진수 1280과 동일)가 다운 카운터(244)의 프리셋트(preset) 테이타 입력편에 인가된다. 다운 카운터(244)의 "0 출력" 단자는 또한 1마이크로초 지연 회로(250)를 통해 단안정 멀티바이브레이터 즉, 원샷(252)의 ＋T입력에 결합된다. "랫치" 원샷(252)의 반전 Q출력은 래치(254)의 반전 판독 입력에 결합되며 또한 단안정 멀티바이브레이터 즉 원샷(256)의 Q 출력은 OR 게이트(257)을 통해 클럭 및 수신 다운 카운터(246, 244)의 프리셋트 제어 입력에 결합된다. OR 게이트(257)는 또한 저항 및 캐패시터 회로(259)에 결합된다. 회로(259) 및 OR 게이트(257)는 시스템 전원(＋15볼트가 유도되는)이 턴온되면 카운터(247, 246)를 리셋트 하도록 작동한다.
다운 카운터(246)의 클럭 입력 C는 분주기 유닛(224)으로부터 500KHz의 주파수 fc를 수신한다. 2전원드의 12개 최하위 비트(1600＋512 즉 2진 100 0000 1000 0000와 같음)가 클럭 다운 카운터(246)의 프리셋트 테이타 핀에 인가된다. 숫자 16,000은 전송 주파수를 1280 싸이클 ft1………(5000,000*40,000)×1280로 택할때 일어날 수 있는 클럭 주파수 fc의 싸이클의 수와 같다. 다운 카운터(246)의 내용은 10비트 데이타 버스를 통해 래치(254)에 전달된다.
래치(254)는 10비트 데이타 버스를 통해 디지탈-아날로그 변환기(258) 및 출력 증폭기(260)에 결합된다. 가산기(262)를 통해 옵셋 레벨을 인가할 수 있으며 스케일링 증폭기는 출력 전압 Vo를 공급한다.
512의 클럭 다운 카운터 프리셋트 옵셋이 선택되어 운송 수단의 전진 및 후진 속력의 전체 범위를 포지티브 클럭다운 카운터 밸브에서 표시할 수 있다. 이것은, 래치(254)로부터의 모든 디지탈 수를 정수로서 취급하는 D/A 변환기(258)를 사용할때는 필요하다. 그러나, 만약 음수로서 처리하는 D/A 변환기를 사용될때, 옵셋은 필요치 않다. 상기 후자의 경우, 결과적인 최종 클럭 다운 카운터수는 전진 속력에 대해서는 정수로 될 것이며, 제로 속력에 대해서는 제로, 후진 속력데 대해서는 음수로된 것이다.
[적합한 실시예의 동작 모드]
정상 작동동안, 스위치(240)는 스퀘어링과 증폭기(230)로 부터 fr 주파수를 선택한다. 다운 카운터(244, 246)는 프리셋트 원샷(256)에 의해 프리셋트 펄스가 발생하면 동시에 소정수로 프리셋트된다. 수신 다운 카운터는 1280(2진수 10100000000)으로 프리셋트된다. 클럭 다운 카운터는 16512의 12개 최하위 비트인 2진수 000 1000 000로 프리셋트 된다.
다음에, 드롭-아웃 검출기(238)에서 신호 드롭-아웃 조건이 검출되지 않는다고 가정하면, 수신 다운 카운터(244)는 반사된 신호의 주파수 fr과 동일한 레이트로 카운트 다운하며 상기 주파수는 수신 다운 카운터의 클럭 입력 C에 인가된다.
도플러 방정식(1)을 다시 쓰면, 주파수 편이 △F＝fr-ft는 지면속도 Vg의 시간당 마인당 약 82.87Hz인것이 얻어진다.
△f＝(Vg×ft×2cosα)÷C (2)
따라서, 수신 다운 카운터(244)는 일반적으로 20mph의 전진 지면 속도에 대해서는 약 30.727밀리초 동안, 0.0mph의 지면속도에 대해서는 약 32밀리초 동안, 5mph의 후진 지면 속도에 대해서는 32.335밀리초 동안 1280에서 0까지 카운트 다운할 것이다. 이와 같이, 수신 다운 카운터(244)는 반사된 주파수 fr의 소정 싸이클수에 의해 점유되는 시간과 같은 가변 시간 간격을 설정한다. 동시에 분주기(224)로부터의 500KHz 스퀘어파 클럭 주파수 fc는 클럭 다운 카운터(246)의 클럭입력 C에 인가되어 이 카운터는 500KHz의 레이트로 프리셋트 값으로부터 카운트 다운한다. 카운터(244, 146)는 수신 다운 카운터(244)가 0에 도달할때까지 각각의 레이트로 계속 카운트 다운을 행하며, 0에 도달했을때 0-아웃 출력은 로우에서 하이의 천이(0-1)가 발생한다. 이러한 0-1 천이는 플립-플롭(242)의 셋트 S입력에 인가되어 통상적으로 플립-플럽(242)의 로우 Q출력과 두 개의 다운 카운터(244, 246)의 INH입력이 하이 상태로 되어, 따라서 두 개의 다운 카운터(244, 246)가 더 이상의 다운 카운팅을 행하는 것이 금지된다.
지연회로(250)에 의한 1마이크로초의 지연후, 회로(244)의 0아웃의 0-1 천이에 의해, 래치 원샷(252)은 1마이크로초의 네가티브 펄스를 발생시킨다. 이러한 펄스의 진행(트레일링) 면부에 의해 래치(254)가 클럭다운 카운터(246)의 내용을 판독하게 된다. 근사치에 근접하기 위해, 클럭 다운 카운터(246)에 있는 최종 숫자 N을 다음 방정식으로 정의한다.
N＝[(f×Nc×Nd)÷(ft×Nt)]＋512 (3)
여기서 △f는 fr－ft와 같으며, Nc는 측정된 수신 주기(1280) 동안의 수신 싸이클의 수이며, Nd는 마스터 클럭 주파수(4MHz)와 전송 주파수 ft(40KHz)의 비이며, Nt는 마스터 클럭 주파수와 클럭 카운터 입력 주파수(500KHz)의 비이다. 예를 들어 20mph 전진 진면 속도와 0mph의 지면속도와, 5mph의 후진 지면 속도에 대해서, 래치(254)는 각각 약 1173, 512 및 354의 값을 갖는다. 따라서, 래치(254)의 내용은 지면 속도에 대해 선형 관계에 있다. 이것은 또한 방정식(3)에서 △f대신 방정식(2)를 대입하여 다음의 방정식이 얻어짐으로써 알 수 있다.
N＝[(Vg×2cosα×Nc×Nd)÷(Nt×c)]＋512 (4)
따라서, 최종 카운트 N은 단지 물리량 Vg 및 α와 디지탈량 Nc, Nd, Nt에만 종속된다. 이것은 4MHz 마스터 클럭 주파수에서의 드리프트에 민감하지 않는데, 왜냐하면, 이 주파수가 방정식(4)의 유도 과정에서 상쇄되기 때문이다.
다음, 래치 원-샷(252)로부터의 네가티브 펄스에 의해 프리셋트 원샷(256)은 1마이크로초의 포지티브 펄스를 생성하며, 이 펄스는 프리셋트 시키며 다운 카운터(244)의 0아웃 출력이 초기의 로우상태로 복귀시킨다. 이후에, 스위치(240)로부터의 펄스열의 다음 상승연부에 의해 플립-플롭(242)의 Q가 리셋트되며 또한 카운터(244, 246)의 Inh입력이 초기의 로우 상태로 리셋트되어, 카운터(244, 246)가 다시 다운 카운팅을 개시할 수 있게 된다.
D/A 변환기(258)는 래치(254)의 내용을 아날로그 전압으로 변환하여, 예를 들어 래치 내용에서의 카운트 1변화가 D/A 변환기(258)의 출력에서 9.77밀리볼트의 전압 변화에 상당하게 된다. D/A 변환기(258)의 출력은 증폭기(260)에서 증폭된다. 다음에 옵셋 및 스케일 인수가 가산기(262) 및 가변증폭기(264)를 통해 인가되어 래치 내용 N을 따라서 지면속도 Vg에 비례하는 출력전압 Vo를 얻을 수 있다.
다음으로 반사된 신호 R의 진폭이 정규 레벨에 있으면, 드롭-아웃 검출기(238)의 출력은 로우가 되고, 시스템은 방금 기술된 바와같이 작동한다. 그라나 반사된 신호의 진폭은 지형의 반사도 변화와 지형의 여러 반사면으로부터 나온 파면 가운데서 파괴적인 간섭으로 인해 "드롭-아웃" 상태가 될 수 있다. 본 발명의 적합한 실시예에서, 드롭-아웃 검출회로(238)의 출력과 플립-플롭의 D입력은, 상기 드롭-아웃 조건이 발생하면 아히 상태로 된다. 그리고 스위치(240)로부터의 펄스열의 다음 상승연부에 의해 플립-플롭(242)의 Q출력은 하이상태로 되어, 두 개의 카운터(244, 246)는 드롭-아웃 조건이 존재하는 동안은 금지 상태가 된다.
드롭-아웃 조건이 소멸되면, 드롭-아웃 검출회로(238)의 출력과 플립-플롭(242)의 D입력은 로우 상태로 다시 들어간다. 그리고는 스위치(240)로부터 다음 펄스열의 다음 로우상태에서 하이상태로의 천이시에, 플립-플롭(242)의 Q출럭은 다시 로우 상태로 되며, 다운 카운터(244, 246)는 다시 카운팅을 시작한다. 이와같은 방법으로, 드롭-아웃 조건은 속도 정보에 영향을 미치지 않는다.
상시 시스템에 스위치(240)를 부가함으로서 테스팅 능력을 제공한다. 통상 작동 위치에서(도시된 바와 같이), 스위치(240)는 스퀘어링 회로(236)의 출력을 수신 다운 카운터에 결합시켜 시스템은 상술된 바와 같이 작동한다. 스위치(240)가 "제로" 위치에 있다면, 40KHz의 전송 주파수는 다시 수신 다운 카운터(244)에 결합되어, 시스템이 적당히 작동하고 있는 경우, 래치(54)의 내용은 제로 지면 속도를 나타낼 것이다. 스위치(240)가 "CAL"위치에 있다면 40.816KHz의 보정 주파수 fcal이 수신 다운 카운터(244)에 결합되어 래치(54)의 내용은 소정의 전진 지면 속도를 표시할 것이다. 스위치(240)가 "제로" 또는 "보정"위치에 있으면, 드롭-아웃 검출기(238)는 로우 출력 상태를 유지하여 드롭-아웃 조건이 테스트 기능을 방해하지 않는다.
본 발명은 운송 수단의 지면 속도와는 다른 속도를 감지하는데 사용될 수 있다는 사실에 유의하여야 한다. 예를들어, 혼(16 및 18)이 회전하고 있는 바퀴를 향하고 있다면 바퀴의 회전 속도를 측정할 수 있다. 동일하게 혼이 이 혼에 대해 상대적으로 이동하고 있는 임의 물체, 즉 콤바인에서 움직이고 있는 스트로우매트(straw mat)를 향하고 있다면, 본 발명은 이동물체의 속도를 감지할 수 있을 것이다.
다음표는 제 9 도 내지 제 15 도의 적하한 실시예에서 도시된 부품의 소정값을 나타낸다. 표 A는 제 9 도 제 10 도 및 제 12 도 내지 제 14 도에 해당하며, 표 B는 제 15 도와 제 11 도의 소자 (234, 236)에 해당한다. 표 C는 제 11 도의 소자(230, 232)에 해당한다.
[표 A] (제 9, 10도 및 제 12 도 내지 14 도)
Figure kpo00003
Figure kpo00004
주 : a) C1, C4, C5, C13 내지 C19 이들 각각에 연관된 집적회로에 가능한 근접하여 배치되어야 한다.
b) L1, R20-4, R103-4, C20-4는 송신기혼(16)의 경우에 설치된다.
[표 B] (제 15 도 및 제 11 도의 소자(238) 및 소자(236)
Figure kpo00005
Figure kpo00006
(R64, C21 내지 C26과 C29 내지 C34는 임의선택)
(C1 내지 C13는 디스크 또는 모노리딕일 수 있다)
Figure kpo00007
[표 C] (제 11 도의 소자(230) 및 소자(232)
Figure kpo00008
인덕터
L1-6.3Mh Cambian 558-3387-30(5.4-8.2mn)
변환기
X-1메사 TR89, 40형
비록 본 발명이 특정 실시예에 대해서만 기술되어 졌더라도, 본 기술 분야에 숙현된 사람은 본 발명의 범주를 벗어나지 않는한 여러가지의 변형이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (7)

  1. 도플로 속도 감지기에 있어서, 상대적으로 이동하는 물체에 전송 주파수(ft)의 신호를 전송하는 송신기(22)와, 소정의 주파수와 상기 전송 주파수(ft)사이의 차에 비례하는 제 1 신호(Vt)를 공급하는 수단(32, 36, 38, 40)과, 상기 물체에 의해 반사되어진 도플러 편이 신호(R)를 수신하는 수신기(24)와, 상기 수신기(24)로부터 수신된 신호(R)에 응답하여 수신된 신호(R)의 주파수에 관련된 제 2 신호(Vr)를 공급하는 위상고정 루프(50, 52, 54) 및 상기 제 1 신호와 제 2 신호를 결합하여 도플러 편이(△f)에 상당하는 상대 이동 속도(Vg)를 나타내는 출력신호(Vo)를 발생하는 수단(58)을 포함하는 위상 고정 루프 검출기(48)와, 상기 수신신호(R)의 레벨에 응답하여 상기 신호가 소정의 임계치(Vth) 이하일때 이 신호에서의 드롭아웃을 검출하는 드롭아웃 검출기(46)를 구비하며, 상기 위상 고정 루프(50, 52, 54)는 수신 주파수(fr)로 고정되어 소정의 주파수와 수신 주파수(fr)사이의 차에 비례하는 제 2 신호(Vr)를 공급하고, 상기 제 2 신호(Vr)는 상기 위상 고정루프(50, 52, 54)의 저압 제어 발진기(54)에 대한 제어 전압이며, 상기 위상 고정 루프(50, 52, 54)는 상기 드롭아웃 검출기에 의해 제어되어 상기 출력 신호(Vr)가 드롭아웃동안 변화하지 않게 유지되는 것을 특징으로 하는 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 드롭 아웃 검출기는 반사된 신호(R)를 정류하는 정류기(D1, D2)와 정류된 신호를 평활시키는 평활수단(IC6, C9)과, 상기 정류 및 평활된 신호를 임계치(Vth)와 비교하는 비교기(IC11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서, 상기 위상 고정 루프 검출기(48)는 전압 제어 발진기(54)와, 이 발진기(54)의 출력을 반사된 신호(R)와 비교하는 위상 비교기(50)와, 이 비교기(50)의 출력을 적분하여 상기 발전기(54)에 대한 제어전압을 발생시키는 적분기(IC10, C4)와, 상기 드롭아웃 검출기(46)에 의해 제어되어 드롭아웃동안 상기 비교기(50)의 출력을 상기 적분기(IC10, C4)에서 분리시키는 스위치(IC1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 적분기(IC10, C4)는 상대 이동속도에 대응하는 크기를 갖는 출력신호(Vr)를 공급하는 것을 특징으로 하는 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 위상 비교기(50)와 출력에 비례하는 신호를 상기 적분기(IC10, C4)로부터 나온 출력에 가산하여 상기 전압제어 발진기(54)에 대한 제어전압을 공급하는 가산 증폭기(IC8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기.
  6. 제 1, 2, 4, 또는 5 항에 있어서, 전송신호(T)의 주파수로 고정되어 기준 신호(Vt)를 공급하는 제 2 위상 고정 루프(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기.
  7. 일정한 전송 주파수 (ft)를 갖는 신호가 전송되어지는 상대적으로 이동하는 목표물로부터 반사된 신호로부터 수신 주파수(fr)를(30)에 의해서, 도출해내는 도플러 속도 감지기에 있어서, (a) 일정수의 수신펄스(fr)를 카운트하는 카운터(244)와, (b) 기준 주파수(fc)의 펄스를 동시에 카운트하고 제 1 카운트(244)가 일정수의 수신 펄스를 카운트하면 상대 속도를 나타내는 값을 포함하는 제 2 카운터(246)와, (c) 상기 수신기(30)에서 수신된 신호 레벨이 소정값 이하로 될 때를 감지하여 드롭아웃 신호(D/O)를 공급하는 드롭아웃 걸출기(238)와, (d) 수신펄스(fr)를 수신하는 클럭입력과, 드롭아웃 신호(D/O)를 수신하는 데이터입력(D)과, 카운터(244, 246)의 금지 입력(Inh)에 결합된 출력(0)을 갖는 플립플롭으로서, 상기 데이터 입력(D)상에 드롭아웃 신호(D/O)가 존재하면 상기 두 카운터가 금지되는 상태로 클럭되고, 상기 제 1 카운터(244)의 제로입력(0)에 결합되어 상기 제 1 카운터(244)가 제로로 카운트다운되면 상기 상태로 셋트되어지는 셋트입력(S)을 갖고 있는 플립플롭을 포함하여 드롭아웃 신호(D/O)가 존재하는 동안 상기 두 카운터의 카운팅 동작을 중지시키는 제어장치(242)와, (e) 제 1 카운터(244)의 제로 출력 단자(0)에 결합된 입력과, 제 1 및 제 2 카운터(244, 246)의 의 프리셋트 입력(PE)에 연결되어 이들 카운터를 제 1 및 제 2 초기값 각각으로 리셋트 시키는 출력을 갖고 있는 제 2 단안정 멀티바이브레이터(256)의 입력에 결합되어 있는 출력을 갖는 제 1 단안정 멀티바이브레이트(252)와, (f) 제 2 단안정 멀티바이브레이터(256)의 출력에 결합된 제 1 입력과, 제 1 및 제 2 카운터(244, 246)의 프리셋트 입력(PE)에 결합된 출력과, 저항(R24)을 통해 접지에 결합되며 또한 시스템 전력이 캐패시터(C21)를 통해 턴온될 때 활성화되는 스위치 단자에 결합된 제 2 입력을 갖는 OR 게이트로서, 상기 스위치 단자가 활성화되면 캐패시터(C21) 및 OR 게이트(257)를 통해 순간 신호가 프리셋트 입력(PE)에 전송되어 제 1 및 제 2 카운터(244, 246)를 이들의 초기값으로 리셋트시키는 OR게이트(257)를 구비하는 것을 특징으로 하는 물체간의 상대속도를 감지하기 위한 도플러 속도 감지기.
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