RU1835528C - Способ измерени действительной скорости движени наземных транспортных средств и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  ка измерительной технике, в частности к доплеровским, преимущественно ультразвуковым, измерител м действительной скорости движени  транспортных средств. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем измерени  рассто ни  до грунтовой поверхности. В способе формируетс  импульс зондирующего излучени  с линейной частотной модул цией, определ етс  рассогласование частот принимаемого сигнала и сигнала генератора с линейно-измен ющейс  частотой. Далее в зависимости от рассогласовани  корректируетс  глубина частотной модул ции генератора (передатчика ). О величине действительной скорости суд т по скорости изменени  частоты передатчика . Вы вл етс  момент времени, когда указанное рассогласование частот достигает минимального значени  и по длительности интервала времени между моментом передачи зондирующего импульса и моментом достижени  указанного минимума суд т о рассто нии до отражающей поврехности. Дл  осуществлени  способа в устройство дополнительно введен второй выходной блок 10,- первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока преобразовани  разности частот или периодов в напр жение 6 и ко второму выходу тактового генератора 9. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. v Ё

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, может быть использовано в доплеровских измерител х действительной скорости движени  промышленных и сельскохоз йственных агрегатов, различных транспортных средств.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей путем измерени  рассто ни  до грунтовой поверхности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе измерени  действительной скорости движени  транспортных средств, заключающемс  в формировании зондирующего излу- .ченй  с линейной частотной модул цией, его в передаче в направление поверхности грунта, приема на транспортном средстве отраженного сигнала, вы влении разности частот или периодов переданного и прин того сигналов, получении промежуточного сигнала путем преобразовани  указанной

00

со

СП

СЛ

ю

00

разности в напр жение, формировании выходного сигнала измерител  в зависимости от амплитуды промежуточного сигнала, а также воздействи  на глубину частотной модул ции в зависимости от величины выходного сигнала измерител , дополнительно определ ют минимум амплитуды промежуточного сигнала, определ ют длительность интервала времени между моментом передачи зондирующего излучени  и моментом достижени  указанного минимума, и по длительности этого интервала суд т о рассто нии до грунтовой поверхности, а также тем, что формирование выходного сигнала измерител  осуществл ют путем интегрировани  напр жени , соответствующего амплитуде промежуточного сигнала.

В устройстве дл  осуществлени  способа , содержащем передатчик, входной блок, генератор пилообразного напр жени , первый выходной блок, тактовый генератор, блок преобразовани  разности частот или периодов в напр жение и блок определени  разности частот или периодов, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам входного блока передатчика , первый вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напр жени , первый выход тактового генератора соединен с первым входом генератора пилообразного напр жени , входи выход преобразовател  разности частот или периодов в напр жение подключены соответственно к выходу блока определени  разности частот или периодов и к входу первого выходного блока, выход которого соединен со вторым входом генератора пилообразного напр жени , а второй выход тактового генератора соединен со вторым входом передатчика , поставленна  цель достигаетс  дополнительным введением второго выходного блока, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока преобразовани  разности частот или периодов в напр жение и к второму выходу тактового генератора.

Поставленна  цель достигаетс  также благодар  тому, что выходной блок выполнен в виде интегратора, а второй выходной блок выполнен в виде фильтра, компаратора и триггера, при этом вход фильтра  вл етс  первым входом второго выходного блока, выход фильтра через компаратор подключен к первому входу триггера, второй вход и выход которого  вл ютс  соответственно вторым входом и выходом второго выходного блока.

На фиг.1 схематично показано расположение измерител  действительной скорости на транспортном средстве: на фиг.2 структурна  схема устройства дл  осуществлени  предложенного способа измерени ; на фиг.З - временна  диаграмма, по сн юща  его работу.

Устройство 1 дл  измерени  действительной скорости движени  наземного транспортного средства 2 содержит передатчик 3. входное устройство А, блок определени  разности частот или периодов 5.

0

входы которого подключены к выходам передатчика 3 и входного устройства 4, а выход через блок преобразовани  разности частот или периодов в напр жение б и первый выходной блок 7 подключен к первой

5 шине устройства и первому входу генератора пилообразного напр жени  8, второй вход и выход которого подключены соответственно к первому входу передатчика 3 и первому выходу тактового генератора 9,

0 второй выход которого подключен ко второму входу передатчика 3, и второй выходной блок 10. выход которого подключен ко вто- рой выходной шине устройства, а первый и второй входы соединены соответственно

5 с выходом блока преобразовани  разности частот или периодов в напр жение б и выходом тактового генератора 9.

Первый выходной блок 7 может быть выполнен в виде интегратора.

0 Передатчика 3 может содержать управл емый генератор 11, коммутатор (амплитудный модул тор) 12 и усилитель мощности 13. Генератор пилообразного напр жени  8 может быть выполнен на базе преобразова5 тел  напр жени  в-ток (управл емого источника тока) 14, интегратора 15 и разр дного ключа 16. Тактовый генератор 9 может содержать генератор пр моугольных импульсов 17, счетчик 18 и дешифратор 19. Второй

0 выходной блок может быть выполнен в виде последовательно соединенных фильтра 20. компаратора 21 и триггера 22.

Входное устройство 4 выполнено в виде избирательного усилител . При реализации

5 устройства в аналоговой форме блок жет быть выполнен в виде синхронного детектора (смесител ), при реализации в цифровой форме - в виде двух измерителей длительности периодов входных сигналов и

0 устройства вычитани  результатов измерени  этих периодов. Блок 6 преобразовани  разности частот или периодов в напр жение может быть выполнен в виде частотомера с двухпол рным аналоговым выходом или

5 преобразовател  кода разности частот или периодов в напр жение.

По сним суть предложенного способа на примере работы устройства.

Передатчика 3 измерител  действительной скорости 1. расположенного на транспортном средстве 2, генерирует зондирующее излучение. Это излучение передаетс  в направлении поверхности грунта (фиг.1). После отражени  от поверхности грунта это излучение принимаетс  приемной антенной входного устройства 4, также расположенной на транспортном средстве 2. В этом случае величина доплеровского сдвига частоты определ етс  по известной формуле

2 v

Г

cos а.,

где Рд - доплеровский сдвиг частоты;

А- длина волны зондирующего излучени ,

а- угол, определ емый положением эффективной точки отражени  зондирующего излучени  на поверхности грунта,

v - действительна  скорость движени  транспортного средства. Из этой формулы следует, что

v

FnA

2 cos a

т.е. дл  точного определени  действительной скорости необходимо им,еть точное значение угла а. Однако при отражении излучени  от статистически шероховатой .грунтовой поверхности угол «измен етс  произвольным образом в пределах ширины диаграммы направленности антенны (или акустического преобразовател ). Отклонив угла а от ожидаемого значени  на достаточно малый угол, например 5° (что лежит в пределах основного лепестка направленности антенны, устанавливаемых на транспортных средствах) приводит к возникновению ошибки измерени  действительной скорости около 9%.

Дл  устранени  этой погрешности в прототипе обеспечиваетс  независимость результата измерени  действительной скорости от положени  эффективной точки отражени  зондирующего излучени  на грунтовой поверхности в направлении вектора скорости транспортного средства.

В момент времени t0 (фиг.З) тактовый генератор 9. построенный по принципу распределител  импульсов, формирует короткий импульс управлени  разр дным ключом 16 генератора пилообразного напр жени  8. С этого момента времени начинаетс  очередной модул ционной интервал измерител . Управл емый генератор 11 передатчика 3 (фиг.2) работает в режиме непрерывной генерации высокочастотных колебаний фиксированной амплитуды. Частота этих колебаний (на фиг.З показано отклонение этой частоты от исходного значени  - Дт0) измен етс  по линейному закону в зависимости от выходного сигнала генератора пилооб- 5 разного напр жени  8

где k - скорость изменени  частоты,

В момент времени ti (фиг.З) тактовый генератор 9 формирует короткий импульс, 0 управл ющий комм/татором 12. На вход усилител  мощности 13 подключаетс  выходной сигнал управл емого генератора 11 и передатчик 3 при помощи передающей антенны (акустического преобразовател ) 5 излучает короткий зондирующий импульс. Этот импульс распростран етс  во всех на- правлени х, соответствующих углам рас- крыва главного лепестка диаграммы направленности антенны:

0 (фиг.1).

В момент времени t2 зондирующее излучение , отдаленное от точки а грунтовой поверхности (фиг.1), достигает приемной антенны. В этот момент времени принима5 етс  только сигнал, отраженный от точки а, т.к. более близкие к транспортному средству 2 участки грунтовой поверхности лежат вне главного лепестка диаграммы направленности антенны, а прием

0 от более дальних участков поверхности соответствует большему времени распространени  зондирующего излучени . Величина доплеровского сдвига частоты в этот млмент времени пропорциональна coscti .

5 Если предположить, что длительность зондирующего импульса значительно меньше разности времени распространени  излучени  от транспбртного средства 2 до точки в и обратно и от транспортного средства

0 2 до точки а и обратно, то в момент времени гз будет осуществл тьс  прием излучени , отраженного от точки в. Величи- она доплеровского сдвига частоты в этом случае будет пропорциональна cos аг .

5 в любой промежуток времени между t2 и ta будет осуществл тьс  прием излучени  от некоторой промежуточной точки, распо-. ложенной между точками а и в и соответственно величина доплеровского сдвига

0 частоты будет иметь промежуточное значение cos «1 cos 02 , поэтому величина доплеровского сдвига частоты с течением времени будет возрастать.

Из геометрических, соображений сто5 роны треугольника Н и ct) следует, что в общем случае

cosa(t) v 1

V 1 4 fT

1 1

r r

где Н - высота установки измерител  1 на транспортном средстве 2,

с-скорость распространени  зондирующего излучени .

Соответственно доплеровский сдвиг частоты:

2v

РдЮ1

4НГ t2

В предложенном техническом решении осуществл етс  вычитание частот переданного и прин того сигналов (в блоке 5). преобразование этой разности в напр жение (в блоке 6), интегрирование (в первом выходном блоке 7) и изменение глубины модул ции (коэффициента К) до равенства нулю среднего значени  указанной разности

-kt)

После интегрировани  и подстановки пределов интегрировани  t2 2H/csln а., t3 2H/csIn 03 при среднем значении направлени  распространени  зондирующего излучени  45°, т.;е при (а. + «2), получим

2 Н А tg Да

с cos Да (2 tg Да- Да)

где Да - а ccz

При Да 10° величина множител  tg Да/cos Aa(2tg Да- Да) отличаетс  от единицы не более чем на 0,5%. Поэтому с достаточной степенью точности

2 hA

Величина коэффициента К с точностью до посто нных коэффициентов отражает величину действительной скорости движени  транспортного средства 2.

При изменении направлени  распространени  зондирующего излучени  произ- вольынм образом в интервале 40° а 50° результат измерени  измен етс  не более чем на 0.5%, т.е. обеспечиваетс  независимость результата измерени  действительной скорости от положени  эффективной точки отражени  зондирующего излучени  на грунтовой ловерхности. Дл  сравнени  отметим, что в измерителе скорости, построенном без изменени  глубины модул ции , изменение угла о. в тех же пределах приводит к изменению результата измерени  на +10-80%.

Среднее значение выходного сигнала блока преобразовани  разности частот или

периодов в напр жение 6 (фиг.З, ДГ0-Рд) равно нулю. Однако, как это следует из приведенных функциональных зависимостей, в момент времени ta доплеровский сдвиг частоты измен етс  более интенсивно, чем в момент времени t3. Соответственно напр жение на выходе блока б в момент времени имеет отрицательную величину и далее знак этого напр жени  измен етс 

0 на противоположный, т.е. имеетс  минимум действующего значени  напр жени  (промежуточного сигнала). Этот минимум соответствует направлению распространени  .зондирующего излучени  около 45°.

5 Следовательно, фиксиру  временное положение этого минимума, можно определить рассто ние до грунтовой поверхности во вполне определенном направлении (45°). Одновременно с формированием им0 пульса зондирующего излучени  тактовый генератор 9 осуществл ет установку триггера 22 второго выходного блока 10 (фиг.З, U 10). Выходной сигнал блока преобразовани  разности частот или периодов 6 через

5 фильтр нижних частот 20 поступает на вход компаратора 21, формирующего пр моугольные импульсы в момент перехода сигнала через нулевой уровень. Фильтр 20 предназначен дл  уменьшени  вли ни 

0 флуктуации частоты принимаемого сигнала, вызванных статистической шероховатостью грунтовой поверхности. С целью предотвращени  ложного срабатывани  триггера 22 в момент по влени  принимаемого сигнала

5 (момент времени t2) выход компаратора подключен не к входу сброса, к входу синхронизации триггера 22 (триггер по входу с не реагирует на задний фронт сигнала). В момент перехода выходного сигнала блока

0 б из отрицательной в положительную область значений напр жени  компаратор 21 формирует передний фронт импульса синхронизации триггера 22, триггер 22 сбрасываетс  и в результате на выходе

5 второго выходного блока формируютс  импульсы, длительность которых равна интервалу времени от момент передачи зондирующего импульса до момента достижени  минимума промежуточного сигна0 ла. Эта длительность равна времени прохождени  зондирующим излучением рассто ни  от точки креплени  измерител  на транспортном средстве и обратно, т.е. пропорциональна дальности до грунтовой

5 поверхности.

В зависимости от назначени  сигнала, несущего информацию о дальности, выходной импульс триггера может быть использован в качестве измерительного интервала (при преобразовании результата измерени 

дальности в цифровую форму) или усреднен при помощи фильтра (среднее значение выходного сигнала триггера пропорционально измер емой дальности).

На последующие выходные импульсы компаратора 21 в пределах текущего модул ционного интервала триггер 22 не реагирует , т.к. он находитс  в нулевом состо нии, а на его входе Д установлен низкий уровень потенциала. В следующем модул ционном интервале триггер 22 по входу Установка вновь устанавливаетс  в единичное состо ние и далее процессы в измерителе повтор ютс .

Claims (5)

1.Способ измерени  действительной скорости движени  наземных транспортных средств, основанный на формировании зондирующего излучени  с линейной часто- той модул ции, его передачи в направлении поверхности грунта, приеме на транспортном средстве отраженного сигнала, вы вле- нии разности частот или периодов переданного и прин того сигналов, после- дующем формировании выходного сигнала измерител  в зависимости от амплитуды промежуточного сигнала, врздействии на глубину частотных модул ций в зависимости от величины выходного сигнала измери- тел  и получении промежуточного сигнала путем преобразовани  указанной разности частот или периодов в напр жение, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем из- мерени  рассто ни  до грунтовой поверхности , дополнительно определ ют минимум амплитуды промежуточного сигнала, определ ют длительность интервала эремени между моментом передачи зондирующего излучени  и моментом достижени  указанного минимума и по.длительности этого интервала суд т о рассто нии до грунтовой поверхности.

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что формирование выходного сигнала

измерител  осуществл ют путем интегрировани  напр жени , соответствующего амплитуде промежуточного сигнала.

3.Устройство дл  измерени  действительной скорости движени  наземных транспортных средств, содержащее передатчик , входной блок, генератор пилообразного напр жени , выходной блок, тактовый генератор, блок определени  разности частот или периодов и блок преобразовани  разности частот или периодов в напр жение , причем первый и второй входы блока определени  разности частот или периодов подключены соответственно к выходам входного блока и передатчика, первый вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напр жени , а первый выход тактового генератора соединен с первым входом генератора пилообразного напр жени , входи выход блока преобразовани  разности частот или периодов в напр жение подключены соответственно к выходу блока определени  разности частот или периодов и к входу выходного блока, выход которого соединен с вторым входом генератора пилообразного напр жени , а второй выход тактоеого генератора соединен с вторым входом передатчика, отличаю щ е ее и тем, что в него дополнительно введен второй выходной блок, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу блока преобразовани  разности частот или периодов в напр жение и к второму выходу тактового генератора.

4.Устройство по п.2, jorr л и ч а ю щ е е- с   тем. что выходной выполнен в виде интегратора,

5.Устройство по п.2, отличающее- с   тем, что второй выходной блок выполнен в виде фильтра, компаратора и триггера, при этом вход фильтра  вл етс  первым входом второго выходного блока, выход фильтра через компаратор подключен к первому входу триггера, второй вход и выход которого  вл ютс  соответственно вторым входом и выходом второго выходного блока.

Фие.З