Исследование и разработка аппаратно-программных средств оптоэлектронного датчика скорости на ПЗС

• Автор: Файнберг, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И АППАРАТУРЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ.

1.1. Методы измерения скорости

1.2. Датчики скорости для железнодорожного транспорта

1.3. Постановка задачи.

1.4. Выводы

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКОЭЛЕКТРОННОГО СПОСОБА ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

2.1. Обоснование способа. Выбор и описание элементной базы.

2.2. Математическая модель ФПЗС для измерения скорости.

2.3. Анализ результатов моделирования ОДС

2.4. Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДАТЧИКА СКОРОСТИ.
3.1. Теория функции передачи модуляции.
3.2. Функция передачи модуляции для оптикоэлектронного датчика СКОРОСТИ.
3.3. Имитационная модель процесса определения скорости.
3.4. Результаты имитационного моделирования
3.4. анализ работоспособности ОДС в динамическом режиме
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА И КОНСТРУКЦИИ ОДС
4.1. Синтез устройства управления ОДС на ПЛИС
4.2. Устройство предварительной обработки выходных сигналов и ввода
ДАННЫХ В БОРТОВОЙ КОМПЬЮТЕР.
4.3. Разработка конструкции и макета ОДС
4.4. Испытания макета ОДС на московском метрополитене.
4.5. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. .
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Впервые разработана имитационная модель ОДС, позволяющая на основе изображении, поступающих на вход датчика как в виде гармонической функции с задаваемыми параметрами, так и в виде реальных (тестовых) изображений рельсовой колеи вычислять скорость движения подвижного состава. Разработан новый метол определения скорости на железнодорожном транспорте и метрополитене с помощью бесконтактного оптоэлектронного датчика скорости. Выполнен цикл практических работ: разработано схемотехническое решение схема ОДС, спроектирована схема управления кристалла специализированного ФГІЗС ВЗН, которая реализована на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС). Проведен цикл исследований ОДС в статическом и динамическом режимах. Использование имитационного моделирования подтвердило целесообразность и перспективность бесконтактного оптоэлектронного датчика измерения скорости. Показано, что использование ОДС позволит уменьшить погрешность вычисления скорости до уровня 1,5%. Разработан действующий макет ОДС. В дальнейшем, на основании опыта создания данного макета может быть разработан проект системы на кристалле. Для определения основных параметров работы ОДС с учетом различных Алгоритмы работы ОДС доведены до программного обеспечения. Схемотехническое решение доведено до макета. Макет ОДС прошёл испытания на путеизмерительной станции в депо “Планерная” Московского метрополитена в г. Основные результаты работы доложены на следующих конференциях: ’'Неделя науки ", г. Москва, МНИТ, г; международная конференция "Фотоника для транспорта", г. Прага, г. Ростов - на - Дону, РГУПС, г. Лазеры», г. Сочи, г. МИФИ -, г. МИФИ, г. Фотоника для транспорта", г. Сочи г. Лазеры», г. Сочи, г; школа молодых учёных - , Софрино, Московская область, г. Результаты диссертации вошли в 2 научно-технических отчёта по грантам Правительства Москвы за и годы. Основные результаты диссертации были представлены на конкурс Молодых учёных города Москвы и удостоены премии Правительства г. Москвы за г. Математическая модель и алгоритмы ОДС, отражающие двумерную обработку неоднородных движущихся изображений в специализированном ФПЗС с учетом неравномерного движения. Имитационная модель, позволяющая адекватно описать работу ОДС и теоретически оценить работоспособность и точность датчика с учетом различных искажений, условий освещённости и видов подстилающей поверхности, типичных для железнодорожного транспорта и метрополитена. Макет ОДС, прошедший испытания на Московском метрополитене. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Диссертация изложена на 2 страницах, включая 2 страницы машинописного текста, 6 таблиц, 0 рисунков, список литературы из наименования. Глава 1. Анализ . Методы измерения скорости. Высокоточное измерение скорости является одной из важнейших задач для железнодорожного транспорта. Это обусловлено современными требованиями к точности определения координат поезда. Точное знание координат поездов позволяет повысить безопасность движения и реализовать оптимальное для данного участка (с определенным профилем и состоянием пути) управление. На основании классификации представленной на рис. Рассмотрим известные методы определения скорости подвижного состава на железнодорожном транспорте. Определители скорости, основанные на пересчете угловой скорости колёсных пар, представляют собой частотомеры. Частотно- импульсные датчики (ЧИД) устанавливаются на оси или в редукторе привода колёсной пары [4]. Путь, пройденный поездом, определяется подсчётом числа импульсов N за время измерения [5]. Я - радиус колеса, Ъ - число импульсов ЧИД, формируемых за один оборот. Скорость движения связана с частотой сигнала на выходе. Барановым Л. Недостатком этого метода является погрешность, обусловленная буксованием или юзом колеса, с осыо которого связан ЧИД. Даз чнкп. С1анавл н»аем:-. I ИИ« Зеч. С я» ти«« Зе^т. Рис. Классификация измерителей скорости движения подвижного состава. Другой метод измерения скорости основан на определении времени прохождения фиксированных отрезков пути. Этот метод использует при измерении шлейфы скрещивающихся проводов, рельсовые цепи и точечные датчики. Принцип действия точечных датчиков заключается в установке вдоль рельсового пути точечных датчиков-передатчиков, а локомотив оснащается приёмником.