位移速度测量方法技术

本发明专利技术涉及测量能够相对于固定元件移动的元件的位移速度的方法。本发明专利技术方法使用光学测量装置而执行，其包括第一基准传感器和多个不同的第二测量传感器（Ｍｉ），其基本上沿移动元件的位移轴排列。该测量方法包括：通过使由基准传感器和每个测量传感器（Ｍｉ）提供的信号相关、并计算来自所估计的速度（Ｖｅ（Ｍｉ））的平均速度（Ｖｍｏｙ），而确定所估计的速度（Ｖｅ（Ｍｉ））。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于通过固定于移动元件和固定元件之一的光学测量装置来 测量移动元件相对于固定元件的位移速度(displacement speed)的方法，并且， 该光学测量装置包括用于沿着另一个元件的方向发出至少一个入射光束的 部件；第一和第二传感器，其检测由该另一个元件散射(diffose)的光；以及处 理部件，其连接到所述传感器，该测量方法至少包括-发出入射光束，-检测由所述第 一和第二传感器散射的光，-由处理部件通过将由第一和第二传感器提供的信号相关，而确定最大相 关峰值的位置，-根据第一和第二传感器之间的预定距离、以及所述最大相关峰值的位 置，而确定所估计的速度。
技术介绍
为了测量移动元件相对于固定元件的位移速度，例如地面上机动车的纵 向位移速度，传统上，使用利用了光学相关测量的光学测量装置。如图l非 常示意性地表示的，例如，固定在车体下的测量装置沿着位移轴A而移动。 传统上，该测量装置包括用于沿着地面的方向发出至少一个入射光束的部 件(未示出)；位于朝向车辆前部的第一基准传感器R;以及位于朝向车辆后部 的第二测量传感器M。这两个传感器R与M被设计用于检测由地面散射的光。 该测量装置还包括连接到传感器R与M的处理部件，其被设计为确定车辆 位移速度，其中，已知基准传感器R与测量传感器M之间的距离D。使用这样的光学测量装置的至少包括-向地面上发出入射光束；-由第一传感器R和第二传感器M检测由地面散射的光； -例如，通过将传感器R与M所才是供的信号相关，由处理部件确定最大 相关峰值的位置；-根据分离基准传感器R与测量传感器M的预定距离D、以及所述最大 相关峰值的位置，确定所估计的位移速度Ve。为了在确定最大相关峰值的位置时保留良好的精度，优选地，控制由传 感器R与M接收的信号的采集频率Fe，其也是相关函数采样频率。控制该 频率使得最大相关峰值能够总是被设置在与相关函数的点相对应、并被定义 为n巧xFe的指标n附近，其中，T是延迟时间，而Fe是采样频率。然而，T=D/Ve，且Fe々e/5,其中Ve是所估计的速度，且5是测量装 置的空间分辨率。指标n则根据下述公式被表示为n=D/5。因此，指标n 是独立于速度Ve的常量。无论所估计的速度Ve是多少，最大相关峰值总是 处于此点n。然而，对于非常高的位移速度、或对于非常低的空间分辨率5，可能会 达到测量装置的技术极限。例如，测量传感器M是一个具有2. 5 MHz时钟且 最大采集频率速率(acquisition frequency rate)为40 kHz的64个基本纟且 件或像素的光敏二极管阵列。如图2所示，其图解了以km/h为单位表示的速 度V对以誦为单位表示的空间分辨率5 ，其中信号采集频率为10 kHz、 2 0 kHz 、 30 kHz、 40 kHz、 50 kHz、 60 kHz、 70 kHz、 100 kHz和150 kHz,其中，对 于所需要的1 mm的空间分辨率，/人150km/h开始，到达40 kHz的最大频率。 因此，根据所需要的空间分辨率，这样的测量方法并不能够高速进行测量。此外，当采集频率恒定时，当速度增加时，最大相关峰值指标n减小。 这导致在确定所估计的速度时的精度损失。例如，这导致测量中的大的变化， 从而导致大的不精确，尤其是当记录速度梯度(speedgradient)时(图3)。如图3所示，其图解了以km/h为单位表示的速度V对时间t,其中最大 采集频率为9kHz,且空间分辨率为1.5 mm,由于在每个测量瞬间，所估计 的速度值变化很大，所以，车辆的速度梯度的记录并不精确。例如，与在速 度110 km/h处的釆样相关联的精度大约为4 km/h。通常，上面所描述的测量的不精确源于相关函数的次采样(sub-sampling), 其导致在确定最大相关峰值的位置时的大的不精确。为了弥补这些缺点，已 提出了几种测量技术，特别是与印刷电路定位应用相关的文档US 2002/0199164、以及与光学鼠标相关的US 6823077。第一个方法涉及使用插值技术。第一示例提出了通过传统技术，即， 多项式(polynomial)、质心(barycenter)、样条(spline)、立方(cubic)等等，对与呈现最大幅度的一个样值接近的两个、三个或四个样值进行最大相关峰值位 置的插值。然而，最大相关峰值的形状可能与由插值方程所描述的数学对象 的形状不同。例如，多项式插值使得图3的测量变化被略微地削弱，但并不 能使它们消除。插值技术的另一个例子提出了通过识别其导数的过零点，而搜寻并定 位最大相关峰值。该技术利用之后更易于过滤的一阶(order l)插值。然而，实 际上，证明难以实时执行对以这种方式计算的估计的令人满意的过滤。第三种插值技术的例子提出了 通过将与实际速度的偏差列表(tabulate) 而补偿插值误差。然而，该方法带来所估计的速度值的额外的不精确。第二种方法包括补偿由限制采集速率(其中，所搜寻的速度的量级是先 前已知的)而引入的最大相关峰值的延迟时间。该方法可通过以下步骤来执 行-在已计算了所采样的相关函数、并已为所需的分辨率估计了最佳的采集 频率之后，恰好在计算速度之前对最大相关峰值指标n移位，-或者，估计最大相关峰值将被移位多少滞后样值，并将该移位应用到处 理部件，具体地，在输入到与处理部件关联的相关器的一个或两个通道上。然而，实际上，上面所描述的技术是对要被补偿的差异估计的精度非常 敏感的方法。即使改进了最大相关峰值位置的精度，仍存在与确定所估计的 速度有关的精度问题。第三种测量方法包括在计算相关性之前，在最佳采集频率上对来自传感器R和M的信号重新插值(re-interpolating),其中所搜寻的速度的量级是先前已知的。然而，该方法对于所搜寻的最佳采集频率的预计的质量过于敏感，并且证明是有些低效。第四种测量方法包括执行所计算的所估计的速度的后处理。然而，在不具有过大的存储器的情况下实时应用的传统的平滑滤波器并不能使速度跳 跃被平滑，后者过于陡峭。第五种测量方法包括在处理部件的级别，减小时间采集谱(time acquisition spectrum),以帮助最大相关峰值的定位。由于最大相关峰值的宽度 与相关信号的谱带成反比，所以，通过对在处理部件的级别对相关器的输入 进行低通滤波，增大了最大相关峰值的宽度，且因此有助于插值。然而，证 明难在实践中构建不考虑所搜寻的速度的有效的滤波器。这证明了太粗略会导致出现次采样的问题，而太精细会导致相关性变得过密，这都将导致在 速度估计时的误差。通常，已知的测量技术或方法均不能允许进行精确的速度测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于补救上述缺点的所有障碍，且目的在于实现用于测量移动元件相对于固定元件的位移速度的测量方法，其使得能够容易且精确地确定移动元件的速度，而无论速度的幅度和实现这样的测量方法的装置的空 间分辨率的量级如何。根据本专利技术，通过所附权利要求、且更特别地通过下述事实，而获得该目的光学测量装置包括第一基准传感器、以及基本上沿着移动元件的移动 轴排列的多个不同的第二测量传感器，该测量方法包括-根据由基准传感器和每个测量传感器提供的信号，来确定所估计的速度；-以及计算所估计的速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过固定于移动元件和固定元件之一的光学测量装置来测量移动元件相对于固定元件的位移速度的测量方法，并且，该光学测量装置包括用于沿着另一个元件的方向发出至少一个入射光束的部件、检测由所述另一个元件散射的光的第一（Ｒ）和第二（Ｍ）传感器、以及连接到所述传感器（Ｒ、Ｍ）的处理部件，该测量方法至少包括：－发出入射光束，－检测由所述第一（Ｒ）和第二（Ｍ）传感器散射的光，－由处理部件通过将由第一（Ｒ）和第二（Ｍ）传感器提供的信号相关，而确定最大相关峰值的位置，－根据第一（Ｒ）和第二（Ｍ）传感器之间的预定距离（Ｄ）、以及所述最大相关峰值的位置，而确定所估计的速度（Ｖｅ）；该方法的特征在于，该光学测量装置包括第一基准传感器（Ｒ）和基本上沿移动元件的移动轴（Ａ）排列的多个不同的第二测量传感器（Ｍｉ），该测量方法包括：－根据由基准传感器（Ｒ）和每个测量传感器（Ｍｉ）提供的信号，确定所估计的速度（Ｖｅ（Ｍｉ））；以及－计算所估计的速度（Ｖｅ（Ｍｉ））的平均速度（Ｖｍｅａｎ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：维维安纳卡廷，伯纳德吉尔哈马特，罗索利诺莱昂蒂，
申请(专利权)人：原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]