WO2008033049A1 - Method and device for contactlessly (optically) measuring the speed of an object - Google Patents
Method and device for contactlessly (optically) measuring the speed of an object Download PDFInfo
- Publication number
- WO2008033049A1 WO2008033049A1 PCT/RU2006/000485 RU2006000485W WO2008033049A1 WO 2008033049 A1 WO2008033049 A1 WO 2008033049A1 RU 2006000485 W RU2006000485 W RU 2006000485W WO 2008033049 A1 WO2008033049 A1 WO 2008033049A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- plane
- image
- speed
- distance
- amplitude
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000000899 pressurised-fluid extraction Methods 0.000 description 4
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
- G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves
Definitions
- the invention relates to the field of measuring technology, in particular, to optical speed meters, for example, a car on which a meter is mounted, relative to the road, the linear speed of rotating bodies relative to a stationary meter, etc.
- Optical speed meters generally include a illuminator of the measurement object, an optical system for forming its image, and photosensitive elements (PSE) for analyzing the speed of image movement. By the speed of the image, knowing the increase in the optical system, judge the speed of the object.
- PSE photosensitive elements
- speed meters are known in which two PSEs are used to analyze the image, located at some distance from each other along the direction of the object’s movement near the plane of its image. Electrical signals with PSEs are recorded simultaneously and the speed of movement is judged by the delay time of one signal relative to the other, for example, by calculating their mutual correlation function (US patent US2001046042 from 11.29.2001).
- the disadvantage of this method is the low accuracy of the measurements, since the signals with PSE are not the same.
- the spatial filters that extract spatial periodicity from the stochastic structure of the surface of an object.
- an alternating electrical signal is formed, the frequency of which is directly proportional to the speed of the object.
- a filter can be implemented by a periodic array of PSEs located near the image plane (US patent US4921345 dated 01/01/1990, JP patent JP52143081 dated 11/29/1977), the spatial filter consists of a PSE line, the elements of which are combined through one, the signals of which connected to various inputs of a differential amplifier. The signal from the average brightness of the object is subtracted, and the signal proportional to the speed is in antiphase at the inputs of the amplifier and is added to its output.
- a speed meter which uses a periodic amplitude or phase grating, the strokes of which are perpendicular to the direction of movement of the image.
- Such gratings divide the image into two or more, which are focused by an additional optical system into two or more PSEs (US patent US6403950 dated November 6, 2002, prototype).
- the spatial shift of the image in the prototype is chosen equal to either
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) less, preferably 2 times, the distance between the PSE. Signals with PSE are combined in pairs through one, the signals of pairs of PSE are subtracted to reduce the background component, and the frequency of the useful signal is proportional to the speed of the object.
- the disadvantage of the prototype, as for all of the above devices, is the dependence of the frequency (or delay time) of the signal on the distance to the object, since the image scale changes with the distance to the object.
- telecentric optical systems strong aperture of the input beam in the focal plane of the image.
- direct measurements of the distance to the object by individual rangefinders or by the phase shift of the speed signals are used.
- each PSE is divided into 2 elements, the total signals from the left elements are compared with the total signals of the right elements and their phase difference is measured, which determines the distance to the object.
- the aim of the invention is to increase the accuracy of measuring the speed of an object by eliminating the frequency dependence of the signal on the distance to the object while maintaining high sensitivity measurements, i.e. without reducing the amplitude of the useful signal.
- This goal is achieved by using an optical system (OS) and an amplitude and / or phase spatial structure (PS) that forms an image or a sequence of images of an object spatially modulated in amplitude and / or shifted in the direction of motion of the object.
- Fig.l illustrates the implementation of the method in General, where
- Figure 2 presents a block diagram of a device - a special case of the method, with the same notation.
- phase modulation for example, a lens array is used, the optical axes of the elements of which are spatially shifted in the direction of the measured velocity.
- Fig. 1 for simplicity, only two of its elements 1 and 2 are shown with the corresponding optical axes 3 and 4 with the main planes common to all lenses in the space of objects 5 and images
- an amplitude grating 7 is used, which is located as close as possible to plane 6 — on the surface of lenses 1 and 2, since it can generally pass inside the lenses.
- Photodetectors 8 and 9 are located in some FP 10 plane between the focal plane 11 and the image plane 12, the distance from which to plane 6 REPLACEMENT SHEET (RULE 26) is as follows. When an object moves (indicated by a curved arrow on the left) at a distance G from plane 5, its images move (indicated by curly arrows on the right) and the speed of movement in plane 10 is
- V C / G (1)
- the distance X between the images (and / or the amplitude modulation period) in the plane 10 is expressed through G, the shift value L of the axes 3 and 4, the focal length F, the distance B to the plane 12 and the phase (amplitude) grating period D using standard lens formulas and geometric formulas like
- the signals from the FP 8 and 9 are subtracted in the usual way, for example, by a differential amplifier 13.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) electrical signals 13, the inverting and non-inverting inputs of which are connected to neighboring FPs (there may be more than two).
- the device operates as follows. When an object moves, its amplitude-modulated image also moves and creates an alternating electric signal at FP 8 and 9.
- the speed of the image changes in accordance with formula (1) and the image modulation period in accordance with formula (2) .
- the AF is located in the focal plane, these changes are precisely compensated, in accordance with formula (3), i.e. the frequency of the signals from the AF does not depend on G.
- G should be understood as the average expected distance to the object.
- the optimal slit width of the amplitude grating 7 is D / 2, which follows from symmetry considerations. Since the image is amplitude-modulated only across the strokes of the grating 7, the length of the photodetector areas of the FP in the direction along the gratings of the grating can be much larger than their width, which increases the amount of detected light, i.e. increases the amplitude of the useful signal with AF.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
The invention relates to measuring engineering, in particular to optical velocimeters for measuring, for example, the speed of an automobile, to which said device is fastened, with respect to a road. The inventive method consists in forming an amplitude and/or phase modulation of the object image, in detecting it by means of optical receivers and in determining the speed of the object according to the frequency of an output electric signal. Said invention is characterised in that the frequency does not depend on the distance to the object and makes it possible to perform a high-sensitive measurements.
Description
Способ и устройство для бесконтактного измерения скорости объекта Method and device for non-contact measurement of object speed
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к оптическим измерителям скорости, например, автомобиля, на котором закреплен измеритель, относительно дороги, линейной скорости вращающихся тел относительно неподвижного измерителя, и т.п.The invention relates to the field of measuring technology, in particular, to optical speed meters, for example, a car on which a meter is mounted, relative to the road, the linear speed of rotating bodies relative to a stationary meter, etc.
Оптические измерители скорости в общем случае включают осветитель объекта измерения, оптическую систему для формирования его изображения и фоточувствительные элементы (ФЧЭ) для анализа скорости перемещения изображения. По скорости движения изображения, зная увеличение оптической системы, судят о скорости объекта. Известны, например, измерители скорости, в которых для анализа изображения используются два ФЧЭ, расположенные на некотором расстоянии друг от друга вдоль направления перемещения объекта вблизи плоскости его изображения Электрические сигналы с ФЧЭ регистрируются одновременно и о скорости перемещения судят по времени задержки одного сигнала относительно другого, например, вычисляя их взаимную корреляционную функцию (патент США US2001046042 от 29.11.2001). Недостатком такого способа является низкая точность измерений, поскольку сигналы с ФЧЭ не одинаковы. Для измерения скорости объекта известно также применение так называемых пространственных фильтров, выделяющих из стохастической структуры поверхности объекта пространственную периодичность. При перемещении изображения объекта по такой структуре формируется переменный электрический сигнал, частота которого прямо пропорциональна скорости объекта. Такой фильтр может быть реализован периодической решеткой ФЧЭ, расположенных вблизи плоскости изображения, (патент США US4921345 oт 05.01.1990г., патент Японии JP52143081 от 29.11.1977г.), пространственный фильтр состоит из линейки ФЧЭ, элементы которой объединены через один, сигналы с которых соединены с различными входами дифференциального усилителя. Сигнал от средней яркости объекта вычитается, а сигнал, пропорциональный скорости, оказывается в противофазе на входах усилителя и складывается на его выходе.Optical speed meters generally include a illuminator of the measurement object, an optical system for forming its image, and photosensitive elements (PSE) for analyzing the speed of image movement. By the speed of the image, knowing the increase in the optical system, judge the speed of the object. For example, speed meters are known in which two PSEs are used to analyze the image, located at some distance from each other along the direction of the object’s movement near the plane of its image. Electrical signals with PSEs are recorded simultaneously and the speed of movement is judged by the delay time of one signal relative to the other, for example, by calculating their mutual correlation function (US patent US2001046042 from 11.29.2001). The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurements, since the signals with PSE are not the same. To measure the speed of an object, it is also known to use the so-called spatial filters that extract spatial periodicity from the stochastic structure of the surface of an object. When moving the image of an object along such a structure, an alternating electrical signal is formed, the frequency of which is directly proportional to the speed of the object. Such a filter can be implemented by a periodic array of PSEs located near the image plane (US patent US4921345 dated 01/05/1990, JP patent JP52143081 dated 11/29/1977), the spatial filter consists of a PSE line, the elements of which are combined through one, the signals of which connected to various inputs of a differential amplifier. The signal from the average brightness of the object is subtracted, and the signal proportional to the speed is in antiphase at the inputs of the amplifier and is added to its output.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является измеритель скорости, в котором используется периодическая амплитудная или фазовая решетка, штрихи которой расположены перпендикулярно направлению движения изображения. Такие решетки разбивают изображение на два либо более, которые фокусируются дополнительной оптической системой на два либо более ФЧЭ (патент США US6403950 от 6.11.2002, прототип). Пространственный сдвиг изображения в прототипе выбирается равным либоClosest to the claimed invention is a speed meter, which uses a periodic amplitude or phase grating, the strokes of which are perpendicular to the direction of movement of the image. Such gratings divide the image into two or more, which are focused by an additional optical system into two or more PSEs (US patent US6403950 dated November 6, 2002, prototype). The spatial shift of the image in the prototype is chosen equal to either
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
меньшим, предпочтительно в 2 раза, расстояния между ФЧЭ. Сигналы с ФЧЭ объединяются попарно через один, сигналы пар ФЧЭ вычитаются для уменьшения фоновой составляющей и измеряется частота полезного сигнала, пропорциональная скорости объекта.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) less, preferably 2 times, the distance between the PSE. Signals with PSE are combined in pairs through one, the signals of pairs of PSE are subtracted to reduce the background component, and the frequency of the useful signal is proportional to the speed of the object.
Недостатком прототипа, как и для всех перечисленных выше устройств, является зависимость частоты (или времени задержки) сигнала от расстояния до объекта, поскольку масштаб изображения изменяется с расстоянием до объекта. Для уменьшения этой зависимости используются телецентрические оптические системы (сильное диафрагмирование входного пучка в фокальной плоскости изображения). Однако это резко уменьшает амплитуду полезного сигнала, поскольку уменьшается светосила оптической системы. Также используется непосредственное измерения расстояния до объекта отдельными дальномерами либо по фазовому сдвигу сигналов скорости. Для этого в прототипе каждый ФЧЭ разделен на 2 элемента, суммарные сигналы с левых элементов сравниваются с суммарными сигналами правых элементов и измеряется разность их фаз, по которой определяют расстояние до объекта.The disadvantage of the prototype, as for all of the above devices, is the dependence of the frequency (or delay time) of the signal on the distance to the object, since the image scale changes with the distance to the object. To reduce this dependence, telecentric optical systems are used (strong aperture of the input beam in the focal plane of the image). However, this sharply reduces the amplitude of the useful signal, since the aperture of the optical system decreases. Also, direct measurements of the distance to the object by individual rangefinders or by the phase shift of the speed signals are used. To do this, in the prototype, each PSE is divided into 2 elements, the total signals from the left elements are compared with the total signals of the right elements and their phase difference is measured, which determines the distance to the object.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения скорости объекта путем устранения частотной зависимости сигнала от расстояния до объекта при сохранении высокой чувствительности измерений, т.е. без уменьшения амплитуды полезного сигнала.The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring the speed of an object by eliminating the frequency dependence of the signal on the distance to the object while maintaining high sensitivity measurements, i.e. without reducing the amplitude of the useful signal.
Поставленная цель достигается тем, что используется оптическая система (ОС) и амплитудная и/или фазовая пространственная структура (ПС), формирующая изображение либо последовательность изображений объекта, пространственно модулированных по амплитуде и/или сдвинутых в направлении движения объекта. Изображение (изображения) регистрируют с помощью двух или более фотоприемников (ФП), электрические сигналы с соседних ФП вычитают и по частоте результирующего электрического сигнала судят о скорости объекта, причем ПС располагают в главной плоскости ОС в пространстве изображений, либо максимально близко к ней, ФП располагают на таком расстоянии С от главной плоскости ОС в пространстве изображений, при котором увеличение (уменьшение) угловой скорости V = С/G при уменьшении (увеличении) расстояния G от главной плоскости ОС в пространстве предметов до объекта компенсируется соответствующим увеличением (уменьшением) X - периода пространственного сдвига изображений и/или периода амплитудной модуляции изображения в плоскости расположения ФП. Тогда частота сигнала с ФП, пропорциональная скорости движения объекта, не зависит от расстояния G. ОптимальноеThis goal is achieved by using an optical system (OS) and an amplitude and / or phase spatial structure (PS) that forms an image or a sequence of images of an object spatially modulated in amplitude and / or shifted in the direction of motion of the object. The image (s) are recorded using two or more photodetectors (FP), the electrical signals from neighboring FPs are subtracted, and the speed of the object is judged by the frequency of the resulting electrical signal, with the PS located in the main plane of the OS in the image space, or as close to it as possible, the FP positioned at such a distance C from the main plane of the OS in the image space at which an increase (decrease) in the angular velocity V = C / G with a decrease (increase) in the distance G from the main plane of the OS in the space meta to the object is compensated by a corresponding increase (decrease) in X - the period of the spatial shift of images and / or the period of amplitude modulation of the image in the plane of the FP location. Then the frequency of the signal from the phase transition, proportional to the speed of the object, does not depend on the distance G. Optimal
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
расстояние S между центрами фотоприемных площадок ФП в направлении измеряемой скорости выбирают из условияSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the distance S between the centers of the photodetector areas of the FP in the direction of the measured speed is chosen from the condition
S = X/2S = x / 2
При таком S амплитуда разностного сигнала с ФП, пропорционального скорости, максимальна, поскольку сигналы соседних ФП находятся в противофазе и обеспечивается максимальное вычитание паразитного синфазного сигнала от постоянного уровня освещенности объекта.With this S, the amplitude of the difference signal from the phase-proportional phase transition is maximum, since the signals of neighboring phase-transitions are out of phase and the maximum subtraction of the parasitic common-mode signal from the constant illumination level of the object is ensured.
Изобретение поясняется двумя фигурами. Фиг.l иллюстрирует реализацию способа в общем виде, гдеThe invention is illustrated by two figures. Fig.l illustrates the implementation of the method in General, where
1, 2 - элементы линзовой решетки, 3, 4 - оптические оси элементов 1 и 2,1, 2 - elements of the lens lattice, 3, 4 - optical axes of the elements 1 and 2,
5, 6 - главные плоскости элементов 1 и 2 в пространстве предметов и изображений соответственно,5, 6 - the main planes of elements 1 and 2 in the space of objects and images, respectively,
7 — амплитудная решетка, 8, 9 - фотоприемники (ФП),7 - amplitude grating, 8, 9 - photodetectors (FP),
10 - плоскость расположения ФП,10 - plane of the location of the FP,
11 - фокальная плоскость,11 - focal plane
12 — плоскость изображений,12 - image plane,
13 — блок обработки электрических сигналов (дифференциальный усилитель). Сплошными линиями без стрелок условно показан ход лучей, формирующих изображение.13 - block processing electrical signals (differential amplifier). Solid lines without arrows indicate the course of the rays forming the image.
На фиг.2 представлена блок-схема устройства — частного случая реализации способа, с теми же обозначениями.Figure 2 presents a block diagram of a device - a special case of the method, with the same notation.
Способ реализуется следующим образом. В общем случае может использоваться и фазовая и амплитудная модуляция изображения объекта. Для получения фазовой модуляции используется, например, линзовая решетка, оптические оси элементов которой пространственно сдвинуты в направлении измеряемой скорости. На рис 1. для простоты изображены только два ее элемента 1 и 2 с соответствующими оптическими осями 3 и 4 с общими для всех линз главными плоскостями в пространстве предметов 5 и изображенийThe method is implemented as follows. In general, both phase and amplitude modulation of an object image can be used. To obtain phase modulation, for example, a lens array is used, the optical axes of the elements of which are spatially shifted in the direction of the measured velocity. In Fig. 1, for simplicity, only two of its elements 1 and 2 are shown with the corresponding optical axes 3 and 4 with the main planes common to all lenses in the space of objects 5 and images
6. Для амплитудной модуляции изображения используется амплитудная решетка 7, расположенная максимально близко к плоскости 6 - на поверхности линз 1 и 2, поскольку она в общем случае может проходить внутри линз. Фотоприемники 8 и 9 (для простоты показаны только два) располагаются в некоторой плоскости ФП 10 между фокальной плоскостью 11 и плоскостью изображений 12, расстояние С которой до плоскости 6 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
находится следующим образом. При движении объекта (указано фигурной стрелкой слева) на расстоянии G от плоскости 5 его изображения движутся (указано фигурными стрелками справа) и скорость движения в плоскости 10 равна6. For amplitude modulation of the image, an amplitude grating 7 is used, which is located as close as possible to plane 6 — on the surface of lenses 1 and 2, since it can generally pass inside the lenses. Photodetectors 8 and 9 (for simplicity, only two are shown) are located in some FP 10 plane between the focal plane 11 and the image plane 12, the distance from which to plane 6 REPLACEMENT SHEET (RULE 26) is as follows. When an object moves (indicated by a curved arrow on the left) at a distance G from plane 5, its images move (indicated by curly arrows on the right) and the speed of movement in plane 10 is
V = C/G (1)V = C / G (1)
Расстояние X между изображениями (и/или период амплитудной модуляции) в плоскости 10 выражается через G, величину L сдвига осей 3 и 4, фокусное расстояние F, расстояние В до плоскости 12 и период фазовой (амплитудной) решетки D с использованием стандартных формул линзы и геометрических формул какThe distance X between the images (and / or the amplitude modulation period) in the plane 10 is expressed through G, the shift value L of the axes 3 and 4, the focal length F, the distance B to the plane 12 and the phase (amplitude) grating period D using standard lens formulas and geometric formulas like
X = (L+L*B/G+(B-C)*(D/B-L/G)) (2)X = (L + L * B / G + (B-C) * (D / B-L / G)) (2)
Частота сигналов ФП 8 и 9 прямо пропорциональна V (1) и обратно пропорциональна X (2). Для обеспечения независимости этой частоты от G необходимо выполнение условия V/Х = сопst. Вычисляя производную этого выражения по С и приравнивая ее к нулю, получаемThe frequency of the FP signals 8 and 9 is directly proportional to V (1) and inversely proportional to X (2). To ensure the independence of this frequency from G, the condition V / X = cst must be satisfied. Calculating the derivative of this expression with respect to C and equating it to zero, we obtain
С = F*(L/D +L) (3)C = F * (L / D + L) (3)
Для увеличения полезного сигнала Uвых и уменьшения вклада постоянного уровня освещенности объекта в результирующий сигнал, сигналы с ФП 8 и 9 вычитают обычным образом, например, дифференциальным усилителем 13. При этом оптимальное расстояние S между центрами фотоприемных площадок ФП 8 и 9 составляет S = X/2 (4) где в данном случае под G следует понимать среднее рабочее расстояние до объекта. При таком S сигналы с ФП 8 и 9, пропорциональные скорости, находятся точно в противофазе и максимально складываются при вычитании паразитного синфазного сигнала от постоянного уровня освещенности объекта.To increase the useful signal Uout and reduce the contribution of a constant level of illumination of the object to the resulting signal, the signals from the FP 8 and 9 are subtracted in the usual way, for example, by a differential amplifier 13. Moreover, the optimal distance S between the centers of the photodetector areas of the FP 8 and 9 is S = X / 2 (4) where, in this case, by G we mean the average working distance to the object. With this S, signals with a phase transition of 8 and 9, proportional to the speed, are exactly in antiphase and add up to the maximum when subtracting the stray common-mode signal from a constant level of illumination of the object.
Наиболее простое устройство, в котором реализован заявляемый способ, для случая L = O, представлено на фиг.2. Оно состоит из ОС 1, например, фокусирующей линзы, амплитудной решетки 7, расположенной в главной плоскости линзы 6 и ФП 8 и 9, расположенных в фокальной плоскости 11 ОС 1 на расстоянии S между центрами фотоприемных площадок ФП в направлении измеряемой скорости и блока обработкиThe simplest device in which the inventive method is implemented, for the case L = O, is shown in FIG. 2. It consists of OS 1, for example, a focusing lens, an amplitude grating 7, located in the main plane of the lens 6 and FP 8 and 9, located in the focal plane 11 of OS 1 at a distance S between the centers of the photodetector areas of the FP in the direction of the measured speed and the processing unit
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
электрических сигналов 13, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены с соседними ФП (их может быть больше двух).SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) electrical signals 13, the inverting and non-inverting inputs of which are connected to neighboring FPs (there may be more than two).
Устройство работает следующим образом. При движении объекта его амплитудно- модулированное изображение также движется и создает переменный электрический сигнал на ФП 8 и 9. При изменении расстояния G до объекта изменяется скорость движения изображения, в соответствии с формулой (1) и период модуляции изображения в соответствии с формулой (2). При расположении ФП в фокальной плоскости эти изменения точно скомпенсированы, в соответствии с формулой (3), т.е. частота сигналов с ФП не зависит от G. Для увеличения этого полезного сигнала и уменьшения фонового сигнала от постоянной засветки сигналы с ФП должны быть в противофазе, что обеспечивается при расстоянии S = F*D/(2*G), что следует из формулы (4) и стандартных алгебраических преобразований. Здесь под G следует понимать среднее ожидаемое расстояние до объекта. Для получения максимального сигнала синусоидальной формы оптимальная ширина щелей амплитудной решетки 7 составляет D/2, что следует из соображений симметрии. Поскольку изображение амплитудно- модулировано только поперек штрихов решетки 7, длина фотоприемных площадок ФП в направлении вдоль штрихов решетки может быть гораздо большей их ширины, что увеличивает количество регистрируемого света, т.е. увеличивает амплитуду полезного сигнала с ФП.The device operates as follows. When an object moves, its amplitude-modulated image also moves and creates an alternating electric signal at FP 8 and 9. When the distance G to the object changes, the speed of the image changes in accordance with formula (1) and the image modulation period in accordance with formula (2) . When the AF is located in the focal plane, these changes are precisely compensated, in accordance with formula (3), i.e. the frequency of the signals from the AF does not depend on G. To increase this useful signal and reduce the background signal from constant illumination, the signals from the AF should be in antiphase, which is ensured at a distance S = F * D / (2 * G), which follows from the formula ( 4) and standard algebraic transformations. Here, G should be understood as the average expected distance to the object. To obtain the maximum sinusoidal signal, the optimal slit width of the amplitude grating 7 is D / 2, which follows from symmetry considerations. Since the image is amplitude-modulated only across the strokes of the grating 7, the length of the photodetector areas of the FP in the direction along the gratings of the grating can be much larger than their width, which increases the amount of detected light, i.e. increases the amplitude of the useful signal with AF.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Claims
1. Способ бесконтактного измерения скорости объекта, включающий формирование изображения освещенного объекта либо нескольких изображений, пространственно модулированных по амплитуде либо сдвинутых в направлении движения объекта, с помощью оптической системы (ОС) и периодической пространственной фазовой и/или амплитудной структуры (ПС), регистрацию интенсивности изображения с помощью двух или более фотоприемников (ФП) и формирование переменного электрического сигнала путем вычитания сигналов соседних ФП, по частоте которого судят о скорости объекта, отличающийся тем, что ПС располагают в главной плоскости ОС в пространстве изображений, либо максимально близко к ней, ФП располагают на расстоянии С от главной плоскости ОС в пространстве изображений1. The method of non-contact measurement of the speed of an object, including the formation of an image of a lit object or several images spatially modulated in amplitude or shifted in the direction of movement of the object using an optical system (OS) and a periodic spatial phase and / or amplitude structure (PS), recording the intensity image using two or more photodetectors (FP) and the formation of an alternating electrical signal by subtracting the signals of neighboring FP, the frequency of which is judged with object speed, characterized in that the PS is located in the main plane of the OS in the image space, or as close to it as possible, the FPs are located at a distance C from the main plane of the OS in the image space
С = F*(L/D +L) где F - фокусное расстояние ОС, L - результирующий сдвиг оптических осей ОС и ПС (если формируется несколько изображений), D - период ПС, а оптимальное расстояние S между центрами фотоприемных площадок ФП в направлении измеряемой скорости выбирают из условияC = F * (L / D + L) where F is the focal length of the OS, L is the resulting shift of the optical axes of the OS and the PS (if multiple images are formed), D is the period of the PS, and the optimal distance S between the centers of the photodetector areas of the FP in the direction measured speed is chosen from the condition
S = X/2 где X = (L+L*B/G+(B-C)*(D/B-L/G)) - период пространственного сдвига изображений и/или период амплитудной модуляции изображения в плоскости расположения ФП , В = F*G/(G-F) - расстояние от главной плоскости ОС в пространстве изображений до плоскости изображения, G - расстояние от главной плоскости ОС в пространстве предметов до объекта.S = X / 2 where X = (L + L * B / G + (BC) * (D / BL / G)) is the period of the spatial shift of the images and / or the period of the amplitude modulation of the image in the plane of the FP location, B = F * G / (GF) - distance from the main OS plane in the image space to the image plane, G - distance from the main OS plane in the space of objects to the object.
2. Устройство для бесконтактного измерения скорости объекта, состоящее из источника освещения объекта, фокусирующей ОС, амплитудной решетки, двух или более ФП и блока обработки электрических сигналов, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены с соседними ФП, отличающееся тем, что амплитудная решетка расположена в главной плоскости ОС в пространстве изображений, либо максимально близко к ней, ФП расположены в фокальной плоскости ОС на расстоянии S между центрами фотоприемных площадок ФП в направлении измеряемой скорости2. A device for non-contact measurement of the object’s speed, consisting of an object illumination source, a focusing OS, an amplitude grating, two or more phase converters and an electrical signal processing unit, whose inverting and non-inverting inputs are connected to neighboring phase transitions, characterized in that the amplitude grating is located in the main the OS plane in the image space, or as close as possible to it, the FPs are located in the focal plane of the OS at a distance S between the centers of the photodetector areas of the FP in the direction of the measured speed
S = F*D/(2*G).S = F * D / (2 * G).
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ширина щелей амплитудной решетки равна D/2.3. The device according to claim 2, characterized in that the width of the slots of the amplitude grating is D / 2.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что длина фотоприемных площадок ФП вдоль направления штрихов решетки гораздо больше их ширины.4. The device according to claim 2, characterized in that the length of the photodetector areas of the FP along the direction of the bars of the grating is much larger than their width.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2006/000485 WO2008033049A1 (en) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | Method and device for contactlessly (optically) measuring the speed of an object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2006/000485 WO2008033049A1 (en) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | Method and device for contactlessly (optically) measuring the speed of an object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2008033049A1 true WO2008033049A1 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=39184016
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2006/000485 WO2008033049A1 (en) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | Method and device for contactlessly (optically) measuring the speed of an object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2008033049A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012002843A1 (en) * | 2010-07-01 | 2012-01-05 | Rastopov Stanislav Fedorovich | Method for scanning optical measurement of the speed of an object |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1290172A1 (en) * | 1985-09-18 | 1987-02-15 | Предприятие П/Я А-3503 | Velocity meter |
JPS6315171A (en) * | 1986-07-07 | 1988-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | Space filter applied speed sensor |
JPS63277973A (en) * | 1987-05-11 | 1988-11-15 | Hitachi Ltd | Velocity measuring instrument for moving body using spatial filter |
JPH05188062A (en) * | 1991-06-29 | 1993-07-27 | Lucas Ind Plc | Movement sensor |
US6403950B1 (en) * | 1998-11-16 | 2002-06-11 | Corrsys-Datron | Method of producing a carrier frequency modulated signal |
-
2006
- 2006-09-15 WO PCT/RU2006/000485 patent/WO2008033049A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1290172A1 (en) * | 1985-09-18 | 1987-02-15 | Предприятие П/Я А-3503 | Velocity meter |
JPS6315171A (en) * | 1986-07-07 | 1988-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | Space filter applied speed sensor |
JPS63277973A (en) * | 1987-05-11 | 1988-11-15 | Hitachi Ltd | Velocity measuring instrument for moving body using spatial filter |
JPH05188062A (en) * | 1991-06-29 | 1993-07-27 | Lucas Ind Plc | Movement sensor |
US6403950B1 (en) * | 1998-11-16 | 2002-06-11 | Corrsys-Datron | Method of producing a carrier frequency modulated signal |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012002843A1 (en) * | 2010-07-01 | 2012-01-05 | Rastopov Stanislav Fedorovich | Method for scanning optical measurement of the speed of an object |
RU2482499C2 (en) * | 2010-07-01 | 2013-05-20 | Станислав Федорович Растопов | Method of raster-scan optical measurement of body speed |
DE112011102253B4 (en) * | 2010-07-01 | 2014-04-03 | OOO "Sensorika-M" | Method for optical raster measurement of the speed of an object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107615093B (en) | Distance measurement imaging device, distance measurement method thereof, and solid-state imaging device | |
JP5829464B2 (en) | Absolute length encoder | |
US20180275310A1 (en) | Optoelectronic Sensor and Method for Detecting Objects | |
CN104457805B (en) | ENCODER AND APPARATUS USING the ENCODER | |
JP4266834B2 (en) | Optical encoder | |
CN102072710B (en) | Optical angle measuring device and angle measuring method | |
CN109682992A (en) | A kind of high-precision laser interference accelerometer | |
WO2008033049A1 (en) | Method and device for contactlessly (optically) measuring the speed of an object | |
JPH0385413A (en) | Averaged diffraction moire position detector | |
CN103913217A (en) | Elevator spindle vibration detection method based on PSD laser triangulation method | |
JP2003161645A (en) | Optical encoder | |
CN105783738A (en) | Incremental type small-measurement-range displacement sensor and measurement method | |
CN101925823B (en) | Method for optical measurement of velocities according to spatial frequency filtering method and sensor for optical measurement of velocities | |
RU2482499C2 (en) | Method of raster-scan optical measurement of body speed | |
EP0311176B1 (en) | Optical flow meter | |
EP0851210B1 (en) | Non-contact strain meter | |
SU1651167A1 (en) | Photovoltage displacement converter | |
WO2023228493A1 (en) | Speed measurement device and speed measurement method | |
WO2023228494A1 (en) | Velocity measurement device and velocity measurement method | |
RU2160450C1 (en) | Optical speed, length, and motion direction meter | |
Degner et al. | Micromirror array based optical spatial filter technique for fast and flexible velocimetry | |
SU894352A1 (en) | Device for measuring object linear displacements | |
RU2542603C2 (en) | Fibre optic meter of speed and length | |
JP2022100156A (en) | Vehicle detection device, vehicle detection system, vehicle detection method and program | |
SU587322A1 (en) | Photoelectric microscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 06849585 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2009108195 Country of ref document: RU Kind code of ref document: A |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06849585 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |