RU2169926C1 - Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации - Google Patents
Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169926C1 RU2169926C1 RU99124435A RU99124435A RU2169926C1 RU 2169926 C1 RU2169926 C1 RU 2169926C1 RU 99124435 A RU99124435 A RU 99124435A RU 99124435 A RU99124435 A RU 99124435A RU 2169926 C1 RU2169926 C1 RU 2169926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- speed
- inputs
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Способ и устройство могут быть использованы для измерения параметров движения объекта. Технический результат заключается в повышении точности измерения скорости объекта. Способ и устройство основаны на измерении сигналов U1, U2 двух идентичных датчиков положения с колоколообразной передаточной характеристикой, установленных вдоль траектории движения, и определении координатной функции для расчета скорости. Устройство также содержит два управляемых ключа, сумматор, вычитающее устройство, пороговый элемент, делительное устройство, устройство дифференцирования, два блока нелинейности и устройства умножения. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров прямолинейного движения, в частности скорости объектов, а также определения закона изменения скорости объектов по траектории движения, с использованием распределенного регистрирующего контура в виде разнесенных вдоль траектории движения объекта датчиков положения, например индукционных датчиков с интегратором на выходе при контроле параметров движения проводников с током.
Известен способ измерения скорости движения объекта (авт. свид. СССР N 1744652, МПК G 01 P 3/64, БИ N 24, 1992 г.), заключающийся в измерении интервала времени tj прохождения объектом заданного базового расстояния Δ Sj и определении средней скорости на соответствующем j-м интервале траектории по отношению 
причем используют информацию о выходных сигналах пар идентичных датчиков положения с колоколообразной формой передаточной характеристики, расположенных вдоль траектории движения объекта, а перед измерением задают на траектории координаты Xi регистрации объекта, в которых необходимо определять значения скорости, таким образом, что Δ Sj = (Xi - Xi-1), i = 1, 2, ... , N; j = 1, 2, ... , N-1. В процессе измерения скорости измеряют текущие знамения выходных сигналов датчиков соответствующей пары и непрерывно вычисляют координатную функцию R(X) как отношение дифференциального U∂ и суммарного UΣ сигналов датчиков, причем в моменты прохождения объектом заданных координат Xi определяют результирующий сигнал Ei, прибавляя к текущему значению сформированной координатной функции Ri, измеренному в координате Xi, рассчитанное заранее по формуле 
соответствующее значение напряжения сдвига Δi, что обеспечивает сдвиг в каждой из заданных координат Xi параллельно самой себе характеристики R(X) изменения сформированной координатной функции так, чтобы в каждой из заданных координат Xi значение результирующего сигнала Ei = Ri + Δi оказалось равным нулю, причем моменты прохождения объектом координат Xi определяют по равенству нулю результирующего сигнала.
Описанный способ является сложным в реализации и не обеспечивает измерение мгновенной скорости в каждый момент времени, позволяя измерять только среднюю на интервале пути скорость.
Наиболее близким к заявляемому является способ измерения скорости движения (авт. свид СССР N 1818588, МПК G 01 P 3/64, БИ N 20, 1993 г.), заключающийся в непрерывном измерении сигналов U1, U2 двух идентичных датчиков положения с колоколообразной передаточной характеристикой, установленных вдоль траектории движения, определении координатной функции F по формуле 
причем предварительно, до начала измерения, принимают значение масштабирующего коэффициента Se численно равным перемещению объекта, соответствующего изменению выходного сигнала датчика положения в e раз, а скорость ν в процессе измерений определяют по формуле:
Способ-прототип основан на аппроксимации выходного сигнала датчика положения простой экспоненциальной функцией U = ex. При этом возникает большая методическая погрешность из-за грубой аппроксимации выходного сигнала датчика положения и, как следствие, способ-прототип обеспечивает низкую точность измерения скорости.
Способ-прототип основан на аппроксимации выходного сигнала датчика положения простой экспоненциальной функцией U = ex. При этом возникает большая методическая погрешность из-за грубой аппроксимации выходного сигнала датчика положения и, как следствие, способ-прототип обеспечивает низкую точность измерения скорости.
Известно устройство, реализующее способ измерения скорости движения объекта (авт. свид. СССР N 1744652, МПК G 01 P 3/64, БИ N 24, 1992 г.), содержащее два датчика положения объекта, блок определения разности двух сигналов (субтрактор), блок деления, двухвходовой сумматор, двухвходовой логический элемент ИЛИ, нуль-орган, измеритель временных интервалов, блок дифференцирования, управляемый источник опорного напряжения (УИОН), запоминающее устройство, вычислитель и двухвходовой сумматор. Выходы датчиков подключены к субтрактору, с выходом которого соединен вход "Делимое" блока деления, а вход "Делитель" последнего соединен с выходом сумматора к входам которого подключены выходы датчиков. Выход блока деления подключен к первому входу сумматора, выход которого через первый вход элемента ИЛИ соединен с входом нуль-органа, а второй вход сумматора подключен к выходу УИОН. Выход нуль-органа подключен к входу измерителя временных интервалов и входу "Строб 1" запоминающего устройства. Второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом блока дифференцирования, вход которого подключен к выходу первого датчика. Вход УИОН соединен с первым выходом запоминающего устройства. Вход "Строб 2" запоминающего устройства подключен к выходу измерителя временных интервалов. Кроме того, второй вход запоминающего устройства подключен к первому информационному входу вычислителя, выход которого является выходом устройства для измерения скорости. К второму информационному входу вычислителя подключен выход измерителя временных интервалов.
Описанное устройство не обеспечивает измерение мгновенной скорости в каждый момент времени, позволяя измерять только среднюю на интервале пути скорость.
Наиболее близким к заявляемому является устройство, реализующее способ измерения скорости (авт. свид СССР N 1818588, МПК G 01 P 3/64, БИ N 20, 1993 г. ), содержащее два идентичных датчика положения с колоколообразной передаточной характеристикой, два управляемых ключа, сумматор, вычитающее устройство, пороговый элемент, делительное устройство, устройство дифференцирования, блок нелинейности с передаточной функцией 
и устройство умножения, причем каждый датчик подключен через соответствующий управляемый ключ к входам сумматора и вычитающего устройства. Управляющие входы управляемых ключей подключены к выходу порогового элемента, вход которого подключен к выходу первого по ходу движения датчика. Выходы сумматора и вычитающего устройства подключены, соответственно, к первому и второму входам устройства деления, выход которого соединен с входами устройства дифференцирования и первого блока нелинейности. Выходы устройства дифференцирования и первого блока нелинейности подключены соответственно к первому и второму входам устройства умножения, выход которого является выходом всего устройства для измерения скорости, а третий вход устройства умножения подключен к входу устройства для измерения скорости, предназначенному для подачи сигнала, пропорционального величине масштабирующего коэффициента Se.
Основным недостатком данного устройства является низкая точность измерения скорости, связанная с большой погрешностью аппроксимации выходных сигналов датчиков экспоненциальными функциями.
Целью изобретения является повышение точности измерения скорости движения объекта.
Намеченная цель достигается тем, что в способе измерения скорости объекта, заключающемся в непрерывном измерении сигналов U1, U2 двух идентичных датчиков положения с колоколообразной передаточной характеристикой, установленных вдоль траектории движения, определении координатной функции F по формуле 
c предварительным, до начала измерения заданием значения масштабирующего коэффициента Se, указанный коэффициент выбирают численно равным перемещению объекта, соответствующему изменению амплитуды выходного сигнала датчика положения в 1/e раз а скорость ν в процессе измерений определяют как:
где l - расстояние между датчиками.
где l - расстояние между датчиками.
Заявляемое техническое решение отличается от способа-прототипа тем, что масштабирующий коэффициент Se выбирают численно равным величине перемещения объекта, соответствующего изменению амплитуды выходного сигнала датчика положения в 1/e раз, а скорость ν определяют как:
где l - расстояние между датчиками.
где l - расстояние между датчиками.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна".
Предлагаемый способ измерения скорости и устройство для его реализации представлены на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 показаны графики выходных сигналов U1 и U2 датчиков Д1 и Д2 в функции координаты X объекта в процессе его движения, и график координатной функции F(X).
На фиг. 2 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Как показали исследования, пересекающиеся ветви передаточных характеристик датчиков положения объекта, реагирующих на поле, создаваемое им, могут быть с высокой степенью точности описаны обратно экспоненциальными функциями. Таким образом, выходные сигналы U1 и U2 пары датчиков (см. фиг. 1), установленных вдоль траектории движения объекта при его нахождении между ними, могут быть описаны выражениями: U1 = U0•e1/x и U2 = U0•e1/(d-X), где 
U0 - постоянный масштабирующий коэффициент, зависящий от конфигурации датчиков, конструктивных параметров объекта, величины протекающего в нем тока, если объектом является проводник с током, и т.п.; 
относительная координата положения объекта; S(t) - текущее значение расстояния объекта от начала координат, соответствующего положению датчика Д1; Se - масштабирующий коэффициент, численно равный интервалу траектории, на границах которого сигнал датчика изменяется в 1/e/ раз.
В соответствии с этим координатная функция будет равна:
или с использованием гиперболических функций согласно (Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике дня научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973 г., стр. 725-726):
Разрешая уравнение (2) относительно координаты X ≥ 0 получаем:
Скорость движения объекта может быть определена как производная расстояния по времени:
или, принимая во внимание, что
получаем:
Продифференцировав по времени t относительную координату X из выражения (3) и подставив результат в (5), после упрощения окончательно получим:
или, учитывая что
Точность способа измерения скорости определяется методической погрешностью аппроксимации выходных сигналов датчиков функциями вида e1/X. Математическое моделирование на ЭВМ показало, что при прочих равных условиях точность такой аппроксимации в 1,5-2,0 раза выше, чем при аппроксимации экспоненциальными функциями вида eX, которая использовалась в способе-прототипе.
или с использованием гиперболических функций согласно (Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике дня научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973 г., стр. 725-726):
Разрешая уравнение (2) относительно координаты X ≥ 0 получаем:
Скорость движения объекта может быть определена как производная расстояния по времени:
или, принимая во внимание, что
Продифференцировав по времени t относительную координату X из выражения (3) и подставив результат в (5), после упрощения окончательно получим:
или, учитывая что
Точность способа измерения скорости определяется методической погрешностью аппроксимации выходных сигналов датчиков функциями вида e1/X. Математическое моделирование на ЭВМ показало, что при прочих равных условиях точность такой аппроксимации в 1,5-2,0 раза выше, чем при аппроксимации экспоненциальными функциями вида eX, которая использовалась в способе-прототипе.
Таким образом, непрерывно измеряя сигналы пары датчиков положения объекта, находящегося между ними и выполняя обработку сигналов датчиков в соответствии с формулой (7), получаем мгновенные значения скорости как непрерывную функцию, с высокой точностью соответствующую закону изменения скорости движения объекта.
Устройство, реализующее заявляемый способ измерения скорости (см. фиг. 2), содержат датчики положения (Д) 1 и 2, подключенные через управляемые ключи (К) 3 и 4 к входам суммирующего (СУ) 5 и вычитающего (ВУ) 6 устройств. Управляющие входы ключей 3, 4 подключены к выходу порогового элемента (ПЭ) 7, вход которого подключен к выходу первого по ходу движения датчика, а выходы СУ 5 и ВУ 6 подключены соответственно к первому и второму входам ДУ 8, выход которого соединен с входами устройства дифференцирования (Диф) 9 и первого блока нелинейности (БН1) 10. Выходы Диф 9 и БН1 10 соединены соответственно с первым и вторым входами устройства умножения (УУ) 11, выход которого является выходом всего устройства для измерения скорости, а третий вход УУ 11 является входом всего устройства для измерения скорости, предназначенным для подачи сигнала, пропорционального величине Se. Устройство содержит также второй блок нелинейности (БН2) 12, первый вход которого подключен к выходу делительного устройства, второй вход является входом всего устройства для измерения скорости, предназначенным для подачи сигнала, пропорционального величине расстояния между датчиками, а выход подключен к четвертому входу устройства умножения.
Устройство функционирует следующим образом.
При подходе объекта к первому по ходу движения датчику 1 устройство запускается для измерения скорости объекта путем воздействия на управляемые ключи 3, 4 сигнала с выхода сработавшего ПЭ 7, который срабатывает при нарастании сигнала датчика 1 до максимума. В результате этого управляемые ключи 3, 4 включаются и выходы датчиков 1 и 2 подключаются к схеме измерения. В СУ 5 вырабатывается суммарный сигнал (U1 + U2) от датчиков 1 и 2, а в ВУ 6 - их разностный сигнал (U1-U2). На выходе ДУ 8 появится сигнал отношения разностного и суммарного сигналов, представляющий собой координатную функцию 
Блок Диф 9 осуществляет дифференцирование по времени координатной функции и непрерывно выдает сигнал, пропорциональный
Кроме того, сигнал F поступает на БН1 10, в котором формируется сигнал, пропорциональный величине 
Этот сигнал поступает на второй вход УУ 11. На первый вход УУ 11 с выхода Диф 9 поступает сигнал, пропорциональный 
а на четвертый - сигнал с выхода БН2 12, пропорциональный 
где 
Сигналы, пропорциональные значениям величин Se и d в зависимости от конкретной схемной реализации, могут вводиться в устройство (соответственно на третий вход УУ 11 и на второй вход БН2 12) извне или жестко задаваться в УУ 11 и БН2 12 соответственно. Таким образом, на выходе УУ 11, совмещенном с выходом устройства для измерения скорости, формируется сигнал
пропорциональный текущему значению скорости ν движения объекта.
Блок Диф 9 осуществляет дифференцирование по времени координатной функции и непрерывно выдает сигнал, пропорциональный
Сигналы, пропорциональные значениям величин Se и d в зависимости от конкретной схемной реализации, могут вводиться в устройство (соответственно на третий вход УУ 11 и на второй вход БН2 12) извне или жестко задаваться в УУ 11 и БН2 12 соответственно. Таким образом, на выходе УУ 11, совмещенном с выходом устройства для измерения скорости, формируется сигнал
Использование заявляемых технических решений (способа и устройства для его реализации) позволит в 1,5-2 раза повысить точность измерения скорости объекта по сравнению с прототипом.
Наиболее целесообразно применение заявляемых технических решений при измерении скорости движения проводников с током.
Claims (2)
1. Способ измерения скорости объекта, основанный на непрерывном измерении сигналов U1(X), U2(X) двух идентичных датчиков положения с колоколообразной передаточной характеристикой, разнесенных друг от друга на расстояние l вдоль траектории движения, определении координатной функции F по формуле
где
относительная координата положения объекта;
S(t) - текущее значение расстояния объекта от начала координат, соответствующего положению первого по ходу движения датчика;
Se - масштабирующий коэффициент,
причем предварительно, до начала измерения выбирают значение масштабирующего коэффициента Se для последующего расчета скорости в зависимости от координатной функции, отличающийся тем, что масштабирующий коэффициент Se выбирают численно равным величине перемещения объекта, соответствующего изменению амплитуды выходного сигнала датчика положения вl/e раз, а скорость v определяют как
где l - расстояние между датчиками.
где
S(t) - текущее значение расстояния объекта от начала координат, соответствующего положению первого по ходу движения датчика;
Se - масштабирующий коэффициент,
причем предварительно, до начала измерения выбирают значение масштабирующего коэффициента Se для последующего расчета скорости в зависимости от координатной функции, отличающийся тем, что масштабирующий коэффициент Se выбирают численно равным величине перемещения объекта, соответствующего изменению амплитуды выходного сигнала датчика положения вl/e раз, а скорость v определяют как
где l - расстояние между датчиками.
2. Устройство для измерения скорости объекта, содержащее два идентичных датчика положения с колоколообразной передаточной характеристикой, два управляемых ключа, сумматор, вычитающее устройство, пороговый элемент, делительное устройство, устройство дифференцирования, блок нелинейности с передаточной функцией 
и устройство умножения, причем каждый датчик подключен через соответствующий управляемый ключ к входам сумматора и вычитающего устройства, управляющие входы управляемых ключей подключены к выходу порогового элемента, вход которого подключен к выходу первого по ходу движения датчика, выходы сумматора и вычитающего устройства подключены соответственно к первому и второму входам устройства деления, выход которого соединен со входами устройства дифференцирования и первого блока нелинейности; выходы устройства дифференцирования и первого блока нелинейности подключены, соответственно к первому и второму входам устройства умножения, выход которого соединен с выходом всего устройства для измерения скорости, а третий вход устройства умножения является входом всего устройства для измерения скорости, предназначенным для подачи сигнала, пропорционального величине масштабирующего коэффициента Se, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено вторым блоком нелинейности с передаточной функцией
первый вход которого подключен к выходу устройства деления, второй вход является входом всего устройства для измерения скорости, предназначенным для подачи сигнала, пропорционального величине расстояния l между датчиками, а выход подключен к четвертому входу устройства умножения.
первый вход которого подключен к выходу устройства деления, второй вход является входом всего устройства для измерения скорости, предназначенным для подачи сигнала, пропорционального величине расстояния l между датчиками, а выход подключен к четвертому входу устройства умножения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99124435A RU2169926C1 (ru) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99124435A RU2169926C1 (ru) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2169926C1 true RU2169926C1 (ru) | 2001-06-27 |
Family
ID=20227173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99124435A RU2169926C1 (ru) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2169926C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2477489C1 (ru) * | 2011-09-05 | 2013-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Способ измерения скорости движения проводника с током |
-
1999
- 1999-11-22 RU RU99124435A patent/RU2169926C1/ru active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2477489C1 (ru) * | 2011-09-05 | 2013-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Способ измерения скорости движения проводника с током |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2169926C1 (ru) | Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации | |
| RU2172960C2 (ru) | Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации | |
| CN109270455A (zh) | 基于弱敏集合卡尔曼滤波的感应电机状态监测方法 | |
| Kanel et al. | A numerical study of grain boundary motion in bicrystals | |
| Hensel et al. | Application of Gaussian process estimation for magnetic field mapping | |
| RU1818588C (ru) | Способ измерени скорости движени объекта | |
| RU2121129C1 (ru) | Преобразователь перемещений | |
| RU2170436C2 (ru) | Способ измерения скорости движения проводов и кабелей | |
| KR100491665B1 (ko) | 전동기의 속도제어장치 | |
| Cui et al. | Flow velocity measurement by cross-correlation with tailored modulation | |
| Kawakami et al. | Velocity and acceleration estimation by iterative learning observer and performance validation with MEMS-based inertial sensors | |
| RU76717U1 (ru) | Устройство для измерения скорости движения контролируемого объекта | |
| CN110221606B (zh) | 一种基于测距信号的距离变化率求解及机器人编队方法 | |
| Le Caillec | Study of the SAR signature of internal waves by nonlinear parametric autoregressive models | |
| RU2124222C1 (ru) | Подвижный пеленгатор | |
| RU2199753C1 (ru) | Способ измерения скорости движения объекта | |
| WO2007144013A1 (en) | Method and system for measuring the velocity of a moving object | |
| RU2090897C1 (ru) | Способ определения частоты синусоидального сигнала | |
| JP2500222Y2 (ja) | 空間フィルタによる距離測定装置 | |
| SU781700A2 (ru) | Устройство дл измерени направлени двухмерного потока | |
| SU1041872A1 (ru) | Коррел ционный расходомер | |
| RU2236080C2 (ru) | Способ определения фазовой связи каналов и блок для его реализации (варианты), двумерный способ управления и двумерная система для его реализации | |
| SU1147989A1 (ru) | Способ измерени двух электрических или неэлектрических параметров | |
| SU658576A1 (ru) | Устройство дл определени статических моментов | |
| SU1062727A1 (ru) | Коррел ционное устройство дл определени запаздывани случайного сигнала |