SU1083117A1 - Устройство дл измерени скорости и направлени движени - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ, содержащее оптическую систему, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фоточувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертывани , фильтр высокой частоты и блок анализа сигнала, подключенный к выходу фильтра высокой частоты, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  быстродействи  устройства , оно снабжено вторым фильтром высокой частоты, а матрица фоточувствительных элементов выполнена из четного числа вертикальных и горизонтальных шин, где все нечетные горизонтальные шины подключены к одному, а все летные горизонталь- ные шины - к другому фильтру высокой частоты, нечетные вертикальные шины подключены к генератору развертки с переменной скоростью развертывани  и соединены попарно с четными вертикальными шинами по пор дку, все фоточувствительные элементы каждой четной строки одними вьгаодами подключены к четным вертикальным шинам, а фоточувствительные элементы нечетных строк - к нечетным вертикальным шинам, другими выводами все фоточувствительные элементы каждой четной строки подключены к четным горизонтальным шинам, а нечетных строк - к нечетным горизонтальным шинам, при этом к блоку анализа сигнала дополнительно подключен выход второго фильтра высокой частоты и выход генератора развертки с переменной скоростью развертывани . 2..Устройство по п.1, отличающеес  тем, что- блок анализа сигнала вьшолнен в виде двух коммутаторов, вычислител  скоСХ ) рости и двух индикаторов нулевого сигнала, управл ющий вход первого со коммутатора и вход первого индикагора нулевого сигнала соединены с выходом первого фильтра, а управл ющий вход второго коммутатора и вход второго индикатора нулевого сигнала соединены с выходом второго фильтра высокой частоты, причем сигналыше входы обоих коммутаторов соединены с выходом генератора развертки с переменной скоростью развертывани , а выходы коммутаторов - с входом вычислител  скорости.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может использоват с  дл  измерени  скорости и направлени  движени  различных транспортных средств, а также в системах при кладной робототехники и промьгатенной автоматики. Известно устройство, осуществл ю щее способ измерени  скорости полосы , содержащее источник света, фото электрический преобразователь изображени , генератор развертки, комму татор и функциональный преобразователь 1 . Данное устройство не обеспечивае высокой точности измерени  из-за вли ни  на результаты измерени  неравномерности неоднородных участков полосы. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство, осуществл ющее способ измерени  Скорости и направлени  движени  прот женного объекта например полосы, содержащее оптическую систему, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фото чувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертывани  и блок анализа сигнал подключенньй к фильтру высокой частоты С2 }. В таком устройстве сканирование изображени  поверхности полосы, скорость движени  которой измер етс , производитс  с переменной скоростью при помощи колеблющейс  вдоль направ лени  движени  по известному закону оптической системы. Дл  определени  скорости и направлени  движени  полосы фиксируютс  моменты времени, когда скорость механического перемещени  элементов изображени  поверхности относительно фоточувствительных элементов равна нулю. Недостатком устройства  вл етс  сравнительно низкое быстродействие, обуславливаемое необходимостью механического сканировани  изображени  поверхности полосы периодически в цзук направлени х: совпадающем°с движением полосы и встречном. Во врем  скнйровани  изображени  во встречном направлении измерение скорости не производитс . Цель изобретени  - увеличение быстродействи  устройства. Дл  достютени  поставленной цели устройство дл  измерени  скорости и направлени  движени , содержащее оптическую систему, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фоточувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертьгоани , фильтр высокой частоты и блок анализа сигнала, подключенный к выходу фильтра высокой частоты , снабжено вторым фильтром высокой частоты, а матрица фоточувствительных элементов выполнена из четного числа вертикальных и четного числа горизонтальных шин, где все нечетные горизонтальные шины подключены к одному, а все четные горизонтальные шины - к другому фильтру высокой частоты, нечетные вертикальные шины подключены к генератору развертки с переменной скоростью развертывани  и соединены попарно с четными вертикальными шинами по пор дку, начина  с первой нечетной и последней четной шин, все фоточувствительные элементы каждой четной строки одними выводами подключены к четным вертикальным шинам, а фоточувствительные элементы нечетных строк - к нечетным вертикальным шинам, другими выводами все фоточувствительные элементы каждой чётной строки подключены к четным горизонтальным шинам, а нечетных строк к нечетным горизонтальным шинам,при этом в блоку анализа сигнала пропорционально подключен выход второго фильтра высокой частоты и выход генератора развертки с переменной скоростью развертьюани . Блок анализа сигнала выполнен в виде двух коммутаторов, вычислител  скорости и двух индикаторов нулевого сигнала, управл ющий вход первого коммутатора и вход первого инликатора нулевого сигнала соединены с выходом первого фильтра, а управл ющий вход второго коммутатора и вход второго индикатора нулевого сигнала соединены с выходом второго фильтра высокой частоты, причем сигнальные входы обоих коммутаторов соединены с выходом генератора развертки с переменной скоростью развертывани , а выходы коммутаторов с входом вычислител  скорости. Благодар  осуществлению опроса фоточувствительных элементов преобразовател  с помощью генератора развертки с переменной скоростью разверты3 вани , а также описанному соединени и включению фоточувствительных элементов в матрице преобразователе отпадает необходимость сканировани  изображени  прот женного объекта, в двух направлени х по заранее извест ному закону механическим способом, -что позвол ет увеличить быстродей- ствие устройства. На фиг. 1 схема -ически изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - структурна  схема электрической час:ти устройства;, на фиг.З т крива  зависимости длительности опр са фоточувствительных элементов от времени вдоль строки матрицы фотоэлектрического преобразовател . Устройство состоит из оптической системы 1 (фиг. 1), проектирующей изображение прот женного объекта 2 на фотоэлектрический преобразовател 3 двух фильтров 4 и 5 высокой частоты , генератора 6 развертки с пере менной скоростью развертывани  и блока 7 анализа сигнала. Фотоэлектрический преобразователь 3 вьтолнен в виде матрицы фоточувствительных элементов 8 (фиг. 2), имеющей четное число горизонтальных и четное число вертикальных шин, где все нечетные горизонтальные шины 9 подключены к первому фильтру 4, а все четные горизонтальные шины 10 - к второму фильтру 5 высокой частоты. Нечетные вертикальные шины 11 подключены к генератору .6 развертки с переменной скоростью развертьшани и соединены попарно с четными вертикальными шинами 12 по пор дку, начина  с первой нечетной вертикаль ной 11 и последней четной вертикальной 12 шин. Все фоточувствйтельные элементы 8 каждой четной строки одними выводами подключены к четным вертикальным шинам 12, а фоточувствительные элементы 8 нечет ных строк - к нечетным вертикальным шинам 11, вторыми выводами все фото чувствительные элементы 8 каждой четной строки подключены к четным горизонтальным шинам 10, а фоточувствительные элементы 8 нечетных строк - к нечетным горизонтальным шинам 9, например, в нечетных строках фоточувсгвительные элементы В одними выводами подключены к нечетным вертикальным шинам 11 и вторыми выводами - k нечетным горизонталь7 ,4 ным шинам 9, а в четных строках одними выводами к четным вертикальным шинам 12 и четньм горизонтальным шинам 10 (фиг. 2). В качестве фоточувствительных элементов 8 могут примен тьс  фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, а также аналогич-, ные фоточувствительные к световому излучению приемники, а в качестве генератора 6 развертки с переменной скоростью развертывани  можно применить , например, многоканальный коммутатор , управл емый генератором, качающейс  частоты. Блок анализа сигнала состоит.из двух Коммутаторов 13 и 14, вычисли- . тел  15 скорости движени , выполн ющего операций вычислени  и усреднени  значени  искомой скорости, и двух индикаторов 16 и 17 нулевого сигнала, в качестве которых могут примен тьс , например, цифровые или аналоговые измерители напр жени , выдающие на выходе информацию при по влении на его входе сигнала менее некоторого заранее установленного порога. Управл ющий вход первого коммута-. тора 13 соединен с выходом первого фильтра 4 высокой частоты, а управл ющий вход второго коммутатора 14 с выходом второго фильтра 5 высокой частоты. Сигнальные входы коммутаторов 13 и 14 подключены к генератору 6 развертки с переменной скоростью развертьшани , а выходы соединены с входом вычислител  15, на выходе которого вьщаютс  результаты измерени  скорости движени . К выходу первого фильтра 4 также подключен первый индикатор 16 нулевого сигнала, а к выходу второго фильтра 5 - второй индикатор 17 нулевого сигнала. Устройство работает следуклдим образом . Изображение поверхности прот женного объекта -проектируетс  на фотоэлектрический преобразователь,3 (фиг. 1). Последовательный опрос фоточувствительных элементов 8 производитс  одновременно во всех строках , причем в каждой второй строке опрос начинают q первого фоточувствительного элемента 8, а в то же врем  в остальных строках опрос производитс  в обратном пор дке, начина  с последнего элемента. Это возможно благодар  описанному соединению нечетных и четных вертикальных шин 11 и 12 матрицы. За врем  Т,р поэлемен ного опроса строки длительность Т опроса одного фоточувствительного элемента 8 монотонно мен ютс  по не которому закону (например, линейном от своего максимального значени  С S момент t начала периода опро са до минимального значени Т в момент t. окончани  периода опроса строки (фиг. 3), или наоборот - от м нимапьного до максимального значени . Таким образом, по ходу опроса строк одновременна  развертка фотоэлектрического преобразовател  3 в обоих направлени х производитс  с переменной скоростью. Из-за наличи  оптических неоднородностей прот женного объекта, ско рость и направление движени  которо го требуетс  измерить, и перемещени  их изображени  относительно фот электрического преобразовател  3 на каждой, например i-й,строке возникает сигнал, частота которого FJ вы ажаетс  F.7t) m.V(t), где V.Jt) - относительна  скорост перемещени  элемента изображени  прот женного объекта 2 на поверхности фотоэлектрического преобразовател  3 относительно скорости VA(t) опроса фоточувствительного элемента 8 вдоль строки; т - коэффициент, завис щий от плотности фоточувствительных элементов В в фотоэлектрическом пре образователе 3 и плотности оптических неоднородностей прот женного объекта 2. Моментную скорость Vp(t) опроса фоточувствительного элемента 8 вдол строки можно определить по формуле т Гс - Э JK VpU) - /..ч , где AJ - шаг между фоточувствительными элементами 8 в матриv це; ijf - одиночный вектор, направле ние которого соответствует направлению опроса фоточув ствительных элементов 8 в строке. Если искома  скорость движени  объекта V, то скорость У у определ етс  из уравнени  W - , где К - коэффициент, учитьгоающий свойства оптической системы. Из последней формулы видно, что в случае совпадени  направлений дви ,жени  изображени  прот женного объекта 2 и направлени  опроса фоточувствительных элементов 8 в строке, наступит момент времени t, когда означает, что в строках , где направление опроса и направление движени  изображени  прот женного объекта 2 совпадают в некоторый короткий-промежуток времени, определ емьй крутизной кривой изменени  (t) (фиг. 3), на нескольких соседних фоточувствительньк элементах 8 с малоотличакнцейс  длительностью опроса , во врем  опроса каждого из них будет проектироватьс  изображение того же элемента поверхности прот женного объекта 2, а сигнал на выходе этих строк за это врем  будет посто нным. Таким образом, за врем  опроса одного фоточувствительного элемента 8 рассто ние перемещени  элемента поверхности прот женного объекта 2 на поверхности фотоэлектрического преобразовател  3 равно шагу АЗ между фоточувствительными элементами 8. Тогда искома  скорость V определ етс  по формуле V 3 т( -к где ) длительность времени опроса того фоточувствительного элемента 8, скорость опроса которого совпадает со скоростью передвижени  изображени  прот женного объекта 2 на поверхности фотоэлектрического преобразовател  3. На выходе строк, в которых направление опроса и направление движени  изображени  прот женного объекта 2 совпадают, в момент времени t по вл етс  посто нньй сигнал, который подаетс  на вход, например, первого фильтра 4 высокой частоты, и на выходе того же фильтра 4 по вл етс  нулевой сигнал, т.е. сигнал менее некоторого установленного порога. На выходах строк, в которых направление опроса и направление движени  изображени  прот женного объекта 2 не совпадают, за все: .врем  Т рпоэлементного опроса строки будет переменный сигнал, который подаетс  на второй фильтр 5 высокой частотъ, н.ч

выходе которого сигнал также будет переменным. Далее сигналы с фильт .ров 4 и 5 поступают в анализатор сигналов 7, состо щий из двух коммутаторов 13 и 14, вычислител  15 скорости движени  и двух индикаторов 16 и 17 нулевого сигнала. С момента по влени  нулевого сигнала на управл ющем входе одного из коммуторов 13 и 14. генератор 6 развертки с переменной скоростью развертывани  подключаетс  этим коммутатором 13 или 14 к вычислителю 15 скорости где по длительности поступающих из генератора 6 развертки . с переменной скоростью развертывани  импульсов опроса (t) шагу А, и посто нному коэффициенту.К, согласно последней приведенной формуле вычисл етс  и / за врем  действи  нулевого сигнала усредн етс  искома  скорость движени  прот женного объекта 2. Следует отметить, что в этом случае отпадает необходимость зараней известности закона V (t), так как сама моментна  длительность (или частота) сигналов опроса непосредственно используетс  дл  вычислени  искомой скорости.

Число фоточувствительных элементов 8 в каждой строке, а также число строк выбираютс  в зависимости от необходимой точности и достоверности измерени , а также области применени  устройства.Диапазон монотонного изменени  длительности опроса фоточувствительного элемента 8 выбираетс  соответственно с возможной максимальной и минимальной скоростью движени  прот женного объекта 2, Крутизна изменени  длительности опроса фоточувствитель5 ных элементов 8 обуславливает число фоточувствительных элементов 8 в строке, сигналы от которых будут посто нными . При меньшей крутизне число подр д идущих фоточувствительных

0 элементов 8, вьщающих посто нный . сигнал, будет больше, тем самым увеличитс  точность измерени .

По сравнению с известным предлагаемое устройство отличаетс  повьш1ен5 ным быстродействием из-за исключени  необходимости механического сканировани  изображени  поверхности прот женного объекта 3 в двух направлени х путем колебани  оптической

0 системы. В предлагаемом устройстве производитс  электрическое сканирование матричного фотоэлектрического преобразовател  3 одновременно в двух направлени х благодар  описан5 ному соединению нечетных и четных

вертикальных шин 11 и 12 и включе- V нию фотоэлектрических элементов 8 в матрице, что повьш1ает быстродействие устройства не менее чем в 2 раза.

0 I

Кроме того, предлагаемое устройство проще, так как в известном дл  осуществлени  сканировани  изображени  прот женного объекта J 2с помощью колеблющейс  оптической системы по заданному закону необходима сложна  система механического привода.

//

11

/

f/

X

-п

12.

12.

/2

/2

г

f

r

10

/

.1 9

I t

I I

I I I I I

Г

10

1

10

o:

f

Ю

tfj

Ы.

W/flfX .

,3

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ, содержащее оптическую систему, фотоэлектрический преобразователь в виде матрицы фоточувствительных элементов, генератор развертки с переменной скоростью развертывания, фильтр высокой частоты и блок анализа сигнала, подключенный к выходу фильтра высокой частоты, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства, оно снабжено вторым фильтром высокой частоты, а матрица фоточувст· витёльных элементов выполнена из четного числа вертикальных и горизонтальных шин, где все нечетные горизонтальные шины подключены к одному, а все четные горизонтальные шины - к другому фильтру высокой частоты, нечетные вертикальные шины подключены к генератору раз вертки с переменной скоростью развертывания и соединены попарно с четными вертикальными шинами по порядку, все фоточувствительные элементы каждой четной строки одними выводами подключены к четным вертикальным шинам, а фоточувствительные элементы нечетных строк - к нечетным вертикальным шинам, другими выводами все фоточувствительные элементы каждой четной строки подключены к четным горизонтальным шинам, а нечетных строк - к нечетным горизонтальным шинам, при этом к блоку анализа сигнала дополнительно подключен выход второго фильтра высокой частоты и выход генератора развертки с переменной скоростью развертывания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что- блок анализа сигнала выполнен в виде двух коммутаторов, вычислителя скорости и двух индикаторов нулевого сигнала, управляющий вход первого коммутатора и. вход первого индикатора нулевого сигнала соединены с выходом первого фильтра, а управляющий вход второго коммутатора и вход второго индикатора нулевого сигнала соединены с выходом второго фильтра высокой частоты, причем сигнальные входы обоих коммутаторов соединены с выходом генератора развертки с переменной скоростью развертывания, а выхода коммутаторов - с входом вычислителя скорости.