Способ измерения скорости движения протяженного объекта

О П И C А Н И Е 354346

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 04.ll.1969 (№ 1301ОЗЗ/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 09.Х.1972. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания ЗО,Х.1972

М. Кл. G 01р 3/ 36

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР ДК Б31 767 081 52 08i3.5 (088.8) Авторы изобретения

В. М. Мамкин, В. А. Пунгер, В. H. Семичев и Е. М. Шарф

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ

ПРОТЯЖЕННОГО ОБЪЕКТА

Изобретение относится к автоматическим бесконтактным измерителям скорости, использующим случайные флуктуации освещенности, отражаемые или излучаемые контролируемой поверхностью. Такие измерители нашли применение в авиации и в прокатном производстве.

При измерении известным способом определяют частоту изменения светового потока, отраженного от поверхности объекта и прошедшего через решетку щелевого типа, При контроле объектов со слабо выраженными оптическими флуктуациями (такими объектами являются, в частности, изделия прокатного производства) уровень полезного сигнала оказывается недостаточно высоким и

его выделение на фоне помех затрудняется, особенно в условиях прокатных цехов при больших электрических и магнитных помехах.

Повышение помехоустойчивости за счет уменьшения уровня помех могло бы быть обеспечено путем сокращения ширины полосы пропускания измерительных устройств, однако это несовместимо с данным способом измерения. Требуемая ширина полосы пропускания при скоростях прокатки, доходящих до

60 м/сек (имеется тенденция к их дальнейшему увеличению), и размерах оптических флуктуаций порядка миллиметров или сантиметров составляет 10 — 104 гц, что определяет необходимую полосу пропускания устройств, реализующих известный способ.

Создание устройства с узкой полосой пропускания потребовало разработки нового спо5 соба измерения.

Особенностью предложенного способа является то, что частоту флуктуаций поддерживают постоянной, изменяя отношение шага решетки к масштабу изображения контролируе10 мой поверхности на плоскости решетки, значение которого принимают за выходную величину, характеризующую измеряемую скорость.

На фиг. 1 показано устройство, работающее

15 по известному способу измерения; на фиг. 2 и 3 — варианты устройства, реализующего предложенный способ.

Как показано на фиг. 1, при известном способе измерения участок 1 контролируемой по20 верхности проецируется объективом 2 на решетку 8, а ее изображение объективом 4— на фотоприемник 5, переменная составляющая выходного напряжения которого через фильтр-усилитель б, как выходная величина, 25 поступает на частотомер.

Если обозначить расстояние от контролируемой поверхности до объектива 2 через Н, сопряженное с ним расстояние от объектива до решетки через h, скорость точки контроли30 руемой поверхности через V, скорость движЕ354r346

65 ния изображения этой точки по решетке через v, то — = —; v=V —, (1) и и

Если обозначить шаг решетки через 1, то изображение в секунду прервано

n= — =V раз. (2)

Единичный источник на контролируемой поверхности вызывает появление на выходе фильтра-усилителя б частоты и, Устройство, работающее по предложенному способу (фиг. 2), содержит автоматический регулятор 7 частоты, предназначенный для формирования управляющего сигнала, подаваемого на вход перестраиваемого ультразвукового генератора 8, выход которого соединен с электромеханическим преобразователем 9.

Скорость движения проката измеряют следующим образом. Рассмотрим простейший случай, когда на поверхности измеряемого проката находится единичная флуктуация, например светлая точка, изображение которой перемещается со скоростью v относительно щелей решетки 8. Световой поток, регистрируемый с обратной стороны решетки, изменяется с частотой и (уравнение 2).

В реальных условиях, на поверхности проката имеется большое число статистически распределенных флуктуаций. В этом случае световой поток, отраженный от каждой излучающей точки, после прохождения через решетку оказывается модулированным с частотой, пропорциональной скорости движения изображения проката. Вследсгвие этого на выходе измерительного устройства можно получить после соответствующей обработки (фильтрации фильтром высокой частоты, усиления и ограничения по амплитуде) результирующий электрический сигнал, похожий на синусоиду со случайной фазовой модуляцией. Число периодов этого сигнала за единицу времени является функцией измеряемой скорости, причем диапазон изменения частоты измерительного сигнала полностью соответствует диапазону изменения величины измеряемой скорости.

В рассматриваемом случае решетка формируется следующим образом.

Сигналы с выхода ультразвукового генератора 8 поступают на электромеханический преобразователь 9, механические колебания которого возбуждают в пластинке стоячие волны. Пластинка становится оптически неоднородным телом, имеющим участки с различным коэффициентом преломления. В ней образуются темные и светлые полосы, т. е. возникает ультразвуковая решетка, шаг которой обратно пропорционален частоте сигналов, вырабатываемых ультразвуковым генератором 8.

При движении проката фотоэлектрический преобразователь вырабатывает сигнал, часто1О

50 та которого сравнивается с эталонным значением частоты, на которую настроен автоматический регулятор частоты. В случае отклонения частоты от заданного значения, например в большую сторону, частотный детектор вырабатывает управляющий сигнал со знаком

«+», который воздействует на перестраиваемый ультразвуковой генератор, и генератор уменьшает частоту сигналов, поступающих на электромеханический преобразователь. При этом шаг с ультразвуковой решетки увеличивается, что вызывает соответственное уменьшение частоты сигнала, подаваемого на вход частотного детектора. Таким образом, частота измерительного сигнала становится равной эталонной частоте, на которую настроен частотный детектор. Этот процесс повторяют каждый раз при изменении скорости движения проката. Отсчет результата измерения производят с выхода ультразвукового генератора, поскольку частота ультразвуковых колебаний обратно пропорциональна измеряемой скорости.

Изменение отношения шага решетки к масштабу изображения, осуществляемое в соответствии с измеряемой скоростью, позволяет осуществлять измерение в узкой полосе частот (практически ширина полосы пропускания определяется чувствительностью частотного детектора и может составлять единицы, десятки герц при диапазоне изменения частоты в несколько килогерц).

Таким образом, уровень собственных шумов измерительной системы и шумов, обусловленных внешними помехами, может быть в данном случае на 2 — 3 порядка меньшим, чем при измерении по известному способу, На фиг. 3 показан другой вариант устройства, реализующего предложенный способ измерения.

Здесь объектив — с переменным фокусным расстоянием, например «Рубин», подвижная система которого выполнена так, что одновременно с изменением фокусного расстояния изменяются расстояния Н и h. Наводка изображения поверхности на плоскости решетки не сбивается, решетка имеет неизменный шаг, 10 — серводвигатель автоматического регулятора частоты. В этом устройстве постоянство частоты поддерживается изменением масштаба изображения.

Предмет изобретения

Способ измерения скорости движения протяженного объекта путем модуляции флуктуаций светового потока, воспринимаемого от объекта решеткой, и измерения частоты модулированного потока, отличающийся тем, что, с пелью повышения отношения сигнала к шуму, частоту флуктуаций поддерживают постоянной, изменяя отношение шага решетки к масштабу изображения, значение которого принимают за выходную величину, характеризующую скорость. 354346

Фиг. 1

Фиг 2

Фиг 3

Составитель С. Ющенко

Редактор И. Грузова Техред А. Камышникова

Корректоры: В. Денисов и 3. Тарасова

Заказ 3588/5 Изд. № 1468 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2