Измеритель линейной скорости
LINEAR SPEED METER

Изобретение относится к навигационным измерителям и может быть использовано для определения модуля линейной скорости наземных транспортных средств.
Известны устройства измерения скорости на основе приема спутниковых навигационных сигналов [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. 3-е изд., перераб. М.: Радиотехника, 2005. 688 с.], астронавигационных измерений [http://shturmantof.ru/Bibl/Bibl_1/Astronavigation_yxta/Bib1_1_atronavig_yxta_1.html], на основе инерциальных измерений скорости объекта [Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации: автономные системы / Изд-во "Наука", Глав. ред. физико-математической лит-ры, 1966. 579 с.], на основе использования доплеровского эффекта [http://niiteplopribor.ru/?page_id=3281 и др.
Наиболее близким по механизму реализации к предложенному устройству является корреляционно-экстремальный измеритель скорости [Щербинин В.В. Построение инвариантных корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения летательных аппаратов / В.В. Щербинин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. - 230 с.], содержащий тактовый генератор и блок вычисления.
Недостатками данных устройств являются их сложность, значительные массо-габаритные характеристики и большой объем вычислительных затрат при обработке измерений скорости.
Заявленное устройство направлено на уменьшение аппаратурных и вычислительных затрат при определении модуля текущей линейной скорости наземных транспортных средств.
Поставленная задача возникает при необходимости высокоточного позиционирования наземных транспортных средств.
Технический результат достигается тем, что в устройство введены делитель частоты, два источника оптического излучения, приемник теплового излучения, пороговое устройство, N-разрядный двоичный счетчик, элемент задержки, группа N элементов "И", выход тактового генератора подключен к счетному входу N-разрядного двоичного счетчика и через делитель частоты - к его входу запуска и входам первого и второго источников оптического излучения, расположенных по обе стороны приемника теплового излучения на равном расстоянии от него, при этом выходы первого и второго источников оптического излучения оптически связаны с поверхностью дороги, с которой с помощью теплового излучения также связан вход приемника теплового излучения, выход которого подключен ко входу порогового устройства, выход которого подключен ко входу останова N-разрядного двоичного счетчика и через элемент задержки - к его входу сброса и первым входам группы N элементов "И", вторые входы которых соединены с одноименными выходами N-разрядного двоичного счетчика, а выходы группы N элементов "И" и выход переполнения N-разрядного двоичного счетчика подключены к соответствующим входам блока вычисления, выход которого является выходом устройства.
На фиг.1 представлена функциональная схема измерителя модуля линейной скорости, где обозначены:
- тактовый генератор 1,
- делитель частоты 2,
1
2
- два источника оптического излучения 3, 3,
- приемник теплового излучения 4,
- пороговое устройство 5,
- N-разрядный двоичный счетчик 6,
- элемент задержки 7,
1
2
n
- группа N элементов "И" 8, 8, …, 8,
- блок вычисления 9.
1
2
1
2
1
2
3
4
1
2
n
1
2
n
1
2
n
5
Измеритель модуля линейной скорости размещается на корпусе транспортного средства (ТС). Выход тактового генератора 1 подключен к счетному входу 6 N-разрядного двоичного счетчика 6 и через делитель частоты 2 - ко входу запуска 6 двоичного счетчика 6 и входам обоих источников оптического излучения 3, 3, расположенных по обе стороны приемника теплового излучения 4 на равном расстоянии S от него. Выходы источников оптического излучения 3, 3, которые могут быть выполнены, например, в виде инфракрасных лазеров, оптически связаны с поверхностью дороги. Также с поверхностью дороги с помощью теплового излучения связан вход приемника теплового излучения 4, выход которого подключен ко входу порогового устройства 5. Выход порогового устройства 5 подключен ко входу останова 6 двоичного счетчика 6 и через элемент задержки 7 - ко входу сброса 6 двоичного счетчика 6 и к первым входам группы N элементов "И" 8, 8, …, 8. Вторые входы группы N элементов "И" 8, 8, …, 8 соединены с одноименными выходами N-разрядного двоичного счетчика 6, а выходы элементов "И" 8, 8, …, 8 и выход переполнения 6 двоичного счетчика 6 подключены к соответствующим входам блока вычисления 9, выход которого является выходом устройства.
1
2
1
2
3
3
1
4
1
2
n
1
2
n
N
При движении ТС в направлении, показанном на фиг.1, измеритель линейной скорости работает следующим образом. Тактовые импульсы с выхода тактового генератора 1 поступают на счетный вход 6 N-разрядного двоичного счетчика 6 и на вход делителя частоты 2 с коэффициентом деления 2. С выхода делителя частоты 2 импульсы поступают на вход запуска 6 двоичного счетчика 6 и на входы источников оптического излучения 3, 3, на выходах которых формируются импульсные оптические потоки, осуществляющие нагрев поверхности дороги в области их воздействия. При движении ТС со скоростью V в направлении, показанном на фиг.1, через время Т приемник теплового излучения 4, расположенный на расстоянии S от первого источника оптического излучения 31, окажется над нагретой областью поверхности дороги: . В результате на приемник теплового излучения 4 воздействует тепловой поток, порождающий на его выходе импульс, поступающий далее на вход порогового устройства 5. Пороговое устройство 5 обеспечивает формирование импульсного сигнала на входе останова 6 двоичного счетчика 6 только при наличии импульса на выходе приемника теплового излучения 4 - т.е. при резком превышении общего теплового фона поверхности дороги. Импульс, поступающий с выхода порогового устройства 5 на вход останова 6 двоичного счетчика 6, производит его останов. В течение времени Т (от момента запуска двоичного счетчика 6 до момента его останова) в двоичном счетчике 6 происходит счет импульсов, поступающих с выхода тактового генератора 1 на счетный вход 6 двоичного счетчика 6, и на выходе двоичного счетчика 6 формируется двоичный код, пропорциональный времени Т и, следовательно, обратно пропорциональный скорости V. Также импульс с выхода порогового устройства 5 поступает через элемент задержки 7 на вход сброса 6 двоичного счетчика 6, приводя его в исходное состояние, и одновременно на первые входы N элементов "И" 8, 8, …, 8, на вторые входы которых поступают сигналы с одноименных выходов двоичного счетчика 6 - тем самым, обеспечивается считывание двоичного кода, обратно пропорционального скорости ТС V, с выходов двоичного счетчика 6 через элементы "И" 8, 8, …, 8 на вход блока вычисления 9. В блоке вычисления 9 на основании двоичного кода, обратно пропорционального скорости ТС V, вычисляется текущее значение модуля скорости V, которое снимается с выхода блока вычисления 9, являющегося выходом устройства.
1
2
При движении ТС задним ходом (в направлении, обратном показанному на фиг.1) работа измерителя линейной скорости происходит аналогично описанному выше, за исключением того, что на приемник теплового излучения 4 воздействует тепловой поток, порожденный нагревом поверхности дороги за счет оптического потока с выхода не первого 3, а второго источника оптического излучения 3.
mах
min
mах
5
N
Выбор величины разрядности N двоичного счетчика 6 осуществляется из условия Т≤2Δt, т.е. , где V - минимальная скорость ТС, определяемая устройством, Т - время достижения приемником теплового излучения 4 нагретой области поверхности дороги при минимальной скорости ТС, Δt - период следования тактовых импульсов. При  на выходе переполнения 6 двоичного счетчика 6 возникает сигнал переполнения П, поступающий в блок вычисления 9, после которого двоичный код с выхода двоичного счетчика 6 аннулируется и воспринимается только код, следующий за ним.
Предложенное устройство обеспечивает автономное измерение модуля относительной линейной скорости объекта с высокой точностью и может быть использовано при решении навигационной задачи наземных ТС.