close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7214

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7214
(13) C1
(19)
(46) 2005.09.30
(12)
7
(51) G 01P 3/68, 3/36
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
BY 7214 C1 2005.09.30
(21) Номер заявки: a 20020132
(22) 2002.02.20
(43) 2003.09.30
(71) Заявитель: Научно-исследовательское
и проектно-технологическое республиканское унитарное предприятие
"Институт НИПТИС" (BY)
(72) Авторы: Данилевский Леонид Николаевич; Данилевский Сергей Леонидович; Зайцев Александр Иванович;
Лешкевич Сергей Владимирович;
Москалик Борис Федорович; Таурогинский Бронислав Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательское и проектно-технологическое
республиканское унитарное предприятие
"Институт НИПТИС" (BY)
(56) EP 0295720 A2, 1988.
WO 81/03708 A1.
(57)
1. Способ измерения скорости объекта, включающий его освещение пучком когерентного излучения, прием рассеянного излучения в двух точках, расположенных по линии,
параллельной направлению движения объекта, на расстоянии Xd друг от друга, и определение скорости объекта по величине задержки между принятыми сигналами, отличающийся тем, что при освещении объекта пучок излучения периодически перемещают по
линии, параллельной направлению движения объекта, с заданной частотой и амплитудой
при условии:
Viп > Vio,
где Vio - скорость объекта для i-го периода перемещений пучка излучения;
Viп - скорость движения светового пятна по поверхности объекта,
BY 7214 C1 2005.09.30
при этом за каждый i-й период перемещений пучка излучения формируют первую пару принятых сигналов при перемещении пучка в направлении движения объекта и вторую
пару - при перемещении пучка в направлении, противоположном движению объекта, а
скорость объекта для каждого i-го периода перемещений пучка излучения определяют по
формуле:
X  1
1 
,
Vio = d 
−
2  τ i1 τ i 2 
где τi1 - величина задержки для первой пары сигналов;
τi2 - величина задержки для второй пары сигналов.
2. Устройство для измерения скорости объекта, включающее источник когерентного
излучения, оптически связанный с системой формирования пучка излучения заданных
размеров для освещения объекта, два приемника, чувствительные элементы которых располагаются на прямой, параллельной направлению движения объекта, на расстоянии Xd
друг от друга, сигнальный процессор для определения временной задержки между принятыми сигналами и мгновенной скорости объекта, блок обработки аналоговых сигналов,
входы которого соединены с выходами приемников, а выходы - с информационными входами процессора, отличающееся тем, что содержит блок формирования перемещений
пучка излучения, связанный с объектом, системой формирования пучка излучения и сигнальным процессором, и задающий генератор, выходы которого заведены на соответствующие входы блока формирования перемещений пучка излучения.
Изобретение относится к области измерения динамических параметров объекта и может быть использовано в различных областях, в том числе и в задачах строительства для
исследования вибраций, деформационных характеристик грунтов, осадки строительных
конструкций.
Известен способ измерения скорости путем освещения объекта пучком когерентного
света со сканированием, приема рассеянного излучения одним оптоэлектрическим преобразователем и обработки выходного сигнала преобразователя в соответствии с заданным
критерием [1]. При этом информация о скорости может быть получена после обработки
достаточно большого количества реализаций принятых сигналов, информация от спеклов
не используется, а точность измерения ограничена параметрами приемной оптики. Кроме
того, данный метод чувствителен к механическим воздействиям (вибрациям) блоков сканирования и приема излучения.
Известен способ измерения динамических параметров объекта путем освещения его
пучком когерентного излучения, сканирования пучка по двум координатам, приема рассеянного излучения и обработки сигналов на основе классического интерферометра [2, 3].
Метод позволяет определять две проекции динамических параметров, однако он достаточно сложен, применим лишь при относительно небольших перемещениях и не позволят
вести обработку сигналов в реальном масштабе времени. Кроме того, метод чувствителен
к механическим воздействиям и не позволяет проводить измерения в полевых условиях.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ измерения скорости движения объекта путем его освещения пучком когерентного света, приема рассеянного излучения в двух точках, расположенных в направлении движения объекта на определенном
расстоянии друг от друга. При этом определяют задержки между принятыми сигналами,
по величине которых определяют скорости движения объекта [4].
Известное устройство измерения скорости, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит источник когерентного излучения (полупроводниковый лазер),
оптическую систему формирования пучка излучения заданных размеров для освещения
объекта, два приемника, у которых чувствительные элементы расположены на прямой,
2
BY 7214 C1 2005.09.30
параллельной направлению движения объекта, на определенном расстоянии друг от друга,
сигнальный процессор для определения временной задержки между сигналами и скорости
объекта, блок обработки аналоговых сигналов, входы которого соединены с выходами
приемников, а выходы - с информационными входами сигнального процессор [4].
Известный способ позволяет измерять с высокой точностью скорость объекта в заданные моменты времени при его равномерном движении и достаточно больших скоростях
при условии, что за время принятия решения объект смещается на величину, большую
расстояния между приемниками. При этом в каждом обрабатываемом сигнале должен
быть по крайней мере один переход из 1 в 0 или из 0 в 1 (фиг. 7 в [4]). Нули и единицы в
сигналах обусловлены пересечениями чувствительных площадок приемников светлыми и
темными пятнами, которые распределены по случайному закону [5].
Предположим, что размеры светлых и темных пятен одинаковы и приходы светлых и
темных пятен равновероятны. Тогда если длину обрабатываемых сигналов выбрать соответствующей прохождению через площадку 2 пятен, то задержки не сможем определить в
50 % случаев, что не допустимо при измерениях. Приемлемой можно считать длину сигналов, соответствующую прохождению более 11 пятен. При этом вероятность встретить в
принятых сигналах все 0 или 1 будет 1/210, то есть неинформативные сигналы встретятся
лишь однажды в 1024 случаях.
При неравномерном движении объекта его скорость приходится оценивать по короткому сигналу, в течение которого движение объекта еще допустимо считать равномерным. Однако короткий сигнал, как показано выше, часто не содержит достаточной информации для оценки скорости, увеличение же длины обрабатываемых сигналов приводит к увеличению погрешности измерений, т.к. движение на этом интервале уже нельзя
считать равномерным. Метод не позволяет получать информацию, если объект покоится
или за время принятия решения его смещение меньше расстояния между приемниками.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности измерения скорости
движения объекта.
Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения скорости объекта, включающем его освещение пучком когерентного излучения, прием рассеянного излучения в
двух точках, расположенных по линии, параллельной направлению движения объекта, на
расстоянии Xd друг от друга, и определение скорости объекта по величине задержки между принятыми сигналами, при освещении объекта пучок излучения периодически перемещают по линии, параллельной направлению движения объекта, с заданной частотой и
амплитудой при условии:
Viп > Vio,
где Vio - скорость объекта для i-го периода перемещений пучка излучения;
Viп - скорость движения светового пятна по поверхности объекта,
при этом за каждый i-й период перемещений пучка излучения формируют первую пару
принятых сигналов при перемещении пучка в направлении движения объекта, и вторую пару
- при перемещении пучка в направлении, противоположном движению объекта, а скорость
объекта для каждого i-го периода перемещений пучка излучения определяют по формуле:
X  1
1 
,
Vio = d 
−
(1)
2  τ i1 τ i 2 
где τi1 - величина задержки для первой пары сигналов;
τi2 - величина задержки для второй пары сигналов.
Поставленная цель достигается также тем, что устройство для измерения скорости
объекта, включающее источник когерентного излучения, оптически связанный с системой
формирования пучка излучения заданных размеров для освещения объекта, два приемника, чувствительные элементы которых располагаются на прямой, параллельной направлению движения объекта, на расстоянии Xd друг от друга, сигнальный процессор для опре-
3
BY 7214 C1 2005.09.30
деления временной задержки между сигналами и мгновенной скорости объекта, блок обработки аналоговых сигналов, входы которого соединены с выходами приемников, а выходы - с информационными входами процессора, содержит блок формирования перемещений пучка излучения, связанный с объектом, с системой формирования пучка излучения и с сигнальным процессором, и задающий генератор, выходы которого заведены на
соответствующие входы блока формирования перемещений пучка излучения.
На фигуре приведена блок-схема устройства для измерения скорости объекта.
Способ измерения скорости движения объекта осуществляется следующим образом.
При освещении объекта пучком когерентного излучения каждая его точка рассеивает некоторое количество света в направлении фотоприемников. Вследствие высокой когерентности излучение, рассеянное одной из точек объекта, интерферирует с излучением, рассеянным любой другой его точкой. В плоскости фотоприемников можно наблюдать картину
хаотичной интерференционной структуры, т.е. спеклы. Хаотичность обусловлена шероховатостью поверхности, т.к. фаза рассеянного света изменяется случайно от точки к точке,
следуя за вариациями высоты рельефа в данном месте. Количество спеклов, их размеры,
контрастность определяются мощностью излучения, размерами пятна, характеристиками
поверхности, расстоянием до объекта. Размеры спеклов должны соответствовать размерам
чувствительных площадок. При размерах площадок приемников много больших размеров
спеклов приемник будет работать как фильтр нижних частот и часть спеклов будет утеряна, в обратном случае это приведет к уменьшению отношения сигнал/шум.
При перемещении пятна или смещении объекта (см. фигуру) на выходах приемников
можно наблюдать случайные сигналы. Если перемещение пучка по поверхности объекта и
расположение приемников производится по линии, параллельной направлению движения
объекта, то в идеале - это два идентичных сигнала, сдвинутых между собой на время τ,
которое определяется выражением:
Xd
τ=
,
(2)
Vio + Viп
где Xd - расстояние между приемниками;
Vio - скорость движения объекта;
Viп - скорость перемещения пятна по поверхности объекта.
В предлагаемом способе за каждый i-й период перемещений пучка излучения формируют первую пару принятых сигналов при перемещении пучка в направлении движения
объекта, и вторую пару - при перемещении пучка в направлении, противоположном движению объекта, и определяют задержки τi1 для первой и τi2 для второй пары сигналов, которые, согласно (2), можно представить в виде:
Xd
;
τ i1 =
(3)
Viп + Vio
Xd
.
τi 2 =
(4)
Viп − Vio
Очевидно, можно записать
2V
1
1
−
= io
(5)
Xd
τ i1 τ i 2
или
X  1
1 
.
Vio = d 
−
(6)
2  τ i1 τ i 2 
Период перемещения пучка устанавливают короче максимальным временного интервала, на котором движение объекта допустимо считать равномерным. При этом необхо-
4
BY 7214 C1 2005.09.30
димо обеспечить такую скорость перемещения пятна Viп, чтобы на каждом i-ом интервале
измерения (см. (4)) выполнялось условие:
Viп > Vio.
(7)
Задав соответствующую амплитуду перемещений пучка, можно обеспечить необходимую длину обрабатываемых сигналов и тем самым задать соответствующую вероятность, что задержки τi1 и τi2 и скорости Vio будут определены на каждом периоде перемещений пучка.
Устройство для измерения скорости объекта (фигура) содержит источник когерентного излучения 1 (полупроводниковый лазер), оптически связанный с системой 2 формирования пучка излучения заданных размеров для освещения объекта, два приемника 3 и 4,
чувствительные элементы которых располагаются на прямой, параллельной направлению
движения объекта, на расстоянии Xd друг от друга, блок обработки аналоговых сигналов
5, сигнальный процессор 6 для определения временных задержек между сигналами и
мгновенной скорости объекта, а также блок 7 формирования перемещений пучка излучения, связанный с объектом, с системой формирования пучка излучения и с сигнальным
процессором, и задающий генератор 8.
Устройство работает следующим образом. Когерентное излучение с источника 1 проходит через оптическую систему 2 и поступает на блок 7, который направляет световой
пучок на диффузно отражающую поверхность исследуемого объекта и осуществляет его
перемещение по линии, параллельной направлению движения объекта. Частота и амплитуда этих перемещений определяются частотой и амплитудой сигналов генератора 8.
По синхроимпульсам блока 7 за каждый период перемещений пучка излучения сигнальный процессор 6 формируют первую пару принятых сигналов при перемещении пучка в направлении движения объекта, и вторую пару - при перемещении пучка в направлении, противоположном движению объекта, определяет задержки для первой и второй пары сигналов и вычисляет мгновенную скорость Vio объекта.
Блок 7 выполнен в виде ультразвукового преобразователя (УЗП), на котором закреплено зеркало. УЗП состоит из тонкой металлической пластины, на которую наклеена пьезокерамика, состоящая из двух частей. Одна часть пьезокерамики используется для возбуждения колебаний в системе пластина-керамика-зеркало, а вторая часть - в качестве
датчика угла отклонения луча для синхронизации. Под воздействием сигналов генератора
в системе возбуждаются изгибные колебания соответствующей частоты и амплитуды, световой пучок отражается от зеркала и отклоняется в заданном направлении с заданной
частотой и амплитудой. В результате поверхность объекта освещается пучком когерентного излучения с заданной частотой и амплитудой перемещения.
Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют определять мгновенные скорости объекта на каждом периоде перемещения пучка излучения как при равномерном, так и неравномерном движении объекта, расширить диапазон измерений в область малых скоростей, вплоть до нулевых. К тому же при измерениях не требуется проведения настроек и юстировок оптической системы, что повышает точность измерений,
позволяет проводить измерения в промышленных и полевых условиях.
Источники информации:
1. Патент EP 0316093 А2.
2. Патент US 006134006 А, МПК G 01B 9/02.
3. Патент US 006271924 B1, МПК G 01B 9/02.
4. Патент EP 0295720 А3, МПК G 01P 3/68.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
96 Кб
Теги
by7214, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа