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专利名称：测速方法及系统的制作方法
测速方法及系统
技术领域
本发明关于一种测速方法及系统，更特别的是关于一种较精确的测速方法及系 统。
背景技术：
测速方法及系统通常分为距离量测及时间量测两部分，再利用取得的时间及距离 参数进行运算，以取得待测物的速率值或加速度值。距离量测通常使用光学尺或编码器来 进行量测，其中光学尺是用来量测物体于直线运动时的距离，而编码器是用来量测圆周运 动的距离。至于时间量测则通常是利用一基础频率信号(或定义为已知的时间)来换算出 待测物体自距离量测开始到距离量测结束间的时间值。
时间量测法是利用该基础频率信号于待测物体自距离量测开始到距离量测结束 间的周期次数及该基础频率信号的默认频率值来取得时间值的，而取得该基础频率信号的 周期次数的精准度就影响着所取得的时间值的准确度。
取得该基础频率信号周期次数的作法一般是利用计数法来进行，在一闸门时间也 就是开始信号到结束信号的时间，并对闸门时间内的基础频率信号进行周期数量的计数。
然而，由于闸门时间内的基础频率信号的周期数量通常不会是整数值，因此，此种 方式容易在闸门时间的开始与结束处造成误差，例如少计数半个周期数或多计数半个周 期数等。基于此，一般在进行时间量测时，会将闸门时间尽量拉长也就是增加量测次数，以 涵盖较多的周期数，由此将误差降低，但这样的方式却会大幅增加测试的时间，若待量测时 间短暂且量测次数少，分辨率也因闸门时间的短暂而降低。发明内容
本发明的一目的在于提高测速过程中的指令周期及量测的准确性。
本发明的另一目的在于减少电路占用面积及减少功耗。
为达上述目的及其他目的，本发明提出一种测速方法，其系利用距离量测法及时 间量测法取得的距离值及时间值来进行待测物的测速运算，该时间量测法包含提供一参 考信号；基于该参考信号产生具相同频率的多个相位移信号，该等相位移信号间间隔一固 定相位；设定一频率屏蔽，其起始于距离量测动作的一开始信号，终止于该距离量测动作的 一结束信号；在该频率屏蔽的起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内， 计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl ;在该频率屏蔽的时间区间内，基于该 第一触发状态，计数该参考信号发生的周期次数Nb ;在该频率屏蔽的终止时序点至该参考 信号发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2; 及依下式取得该待测物之的时间值t，t = (Nb/Fb) + [Ndl/(Fb/M)] — [Nd2/(Fb/M)]，其 中，Fb为该参考信号的频率，M为该等相位移信号的个数，M 3 2。
为达上述目的及其他目的，本发明提出一种测速系统，其包含一距离量测单元， 其用于量测一待测物的移动距离，并据以产生一距离量测值及基于距离量测动作而产生的一开始信号及一结束信号；一距离量测信号输入端，其用于接收该开始信号、该结束信号、 及该距离量测值d测速器，其连接该距离量测信号输入端以接收该开始信号、该结束信号、及该距离量测值d，以及用于产生频率值为Fb的一参考信号，并基于该参考信号产生具相同频率且彼此互相间隔一固定相位的M个相位移信号，以及用于产生起始于该开始信号且终止于该结束信号的一频率屏蔽，以及用于在该频率屏蔽的起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl，以及用于在该频率屏蔽的时间区间内基于该第一触发状态计数该参考信号发生的周期次数Nb，以及用于在该频率屏蔽的终止时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2，以及用于输出该等数值d、Fb、Μ、Nb、Ndl、及 Nd2 ;及一运算装置，其连接该测速器，用于接收该等数值并依下式进行运算以取得该待测物之时间值t，以及用于根据该时间值t及该距离量测值d进行该待测物的测速运算，t = (Nb/Fb) + [Ndl/(Fb/M)] — [Nd2/(Fb/M)]，其中，M ^ 2。
在一实施例中，该测速器包含一基频产生单元，其用于产生一基频信号；一倍频单元，其连接该基频产生单元，用于将该基频信号倍频为该参考信号；及一可编程门阵列， 其连接该距离量测信号输入端以接收该开始信号、该结束信号、及该距离量测值d，以及连接该倍频单元以接收该参考信号，以及用于产生该等数值M、Nb、Ndl、及Nd2并输出该等数 {td、Fb、M、Nb、Ndl、&Nd2。
在一实施例中，该运算装置可为一控制单元及一计算机装置的二者中的其中之O
在一实施例中，该第一触发状态可为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一；该第二触 发状态可为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一。
在一实施例中，所产生的该等相位移信号的个数可为4个或8个。
在一实施例中，该参考信号的频率Fb可直接被取代为一默认值。
由此，本发明的测速方法及系统利用快速且精准的多相位处理方式消除了时间量测的误差，并随着相位移信号的产生数量倍增量测准确度，并可达到较小电路占用面积及降低功耗的功效。


图1为本发明的一实施例中的测速方法的运作时序图。
图2为本发明的一实施例中的测速方法的运作流程图。
图3为本发明的一实施例中的测速系统的功能方块图。
图中100，测速系统；105，距离量测单元；110，距离量测信号输入端；120，测速器；121，基频产生单元；123，倍频单元；125,可编程门阵列；130，运算装置；Fb，参考信号及其频率； mk，频率屏蔽；Nb，参考信号的周期次数；Ndl，第二触发状态的次数；Nd2，第二触发状态的次数；Fb-pl 8,相位移信号；SS,开始信号；ES，结束信号；5101 106、5201、5301，步骤； t，实际所经历时间； tb，频率屏蔽时间； tdl,前端误差时间； td2 ,后端误差时间。
具体实施方式
为充分了解本发明的目的、特征及功效，由下述具体的实施例，并配合所附的图 式，对本发明做一详细说明，说明如后本发明的测速方法的具体实施例中所述的各步骤除特别指明外，其余步骤可相互对调 而并非依所排列的说明次序来定步骤执行的先后顺序；此外，本发明的测速系统的具体实 施例中所述的‘连接’ 一词，非限定于直接连接，中间亦可也可连接其他单元。再者，所述的 ‘第一触发状态’、‘第二触发状态’ 一词系包含上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其 中之一，第一触发状态与第二触发状态并不互斥，也即，第一触发状态与第二触发状态可同 时为上缘触发状态或同时为下缘触发状态。
本发明的实施例中系基于待测的距离量测的过程来取得时间量测值，并由多相位 处理法及预定公式来取得时间量测值。
首先请参阅图1，为本发明在一实施例中的测速方法的运作时序图。在此实施例中 以8个相位移信号来作为示例，熟悉该项技术者应了解的是，只要有2个以上的相位移信号 即能消除时间量测误差进而提升时间值的准确度。
在本发明实施例中的测速方法可包含以下步骤如图1所示，在待测物的距离量测过程中，距离量测单元在开始量测与结束量测时 会分别产生一开始信号SS及一结束信号ES。本发明实施例中的时间量测法在量测动作 开始前会先提供一参考信号Fb，以及基于该参考信号产生具相同频率的多阶相位移信号 Fb-pl Fb_p8,每一阶相位移信号Fb-pl Fb_p8间系间隔一固定相位。
该参考信号Fb用来作为一个基础的频率。相位移信号则是从该参考信号Fb来产 生的，通常可利用可编程门阵列(FPGA)中的数字频率管理器(DCM)来完成信号的相位移。 以本实施例来说，具有8个相位移信号Fb-pf Fb-p8，因此可利用两组的数字频率管理器来达成，其中，一组数字频率管理器可将参考信号Fb分解成4个相位移信号。然而熟悉该项技术者应了解的是，即使仅使用一组的数字频率管理器，用户仍可对其中的4个相位移分解动作进行选择性的关闭，也即，仅使用一组的数字频率管理器之下仍可将参考信号Fb分解成2个或3个相位移信号，因此，用户可根据需求并搭配数字频率管理器的运用来选择所需的相位移信号数量。至于相位移信号间的间隔则是由数字频率管理器来将360度的相位等分给各个相位移信号，例如相位移信号的数量为M个，则间隔相位为360/(M -1)。
接着是设定一频率屏蔽mk，其起始于距离量测动作的该开始信号SS，终止于该距离量测动作的该结束信号ES。也即，该频率屏蔽mk可与SS信号及ES信号同步触发，使得时间量测区间等同于距离量测过程中所经历的时间。图1所示以上缘触发的SS信号及ES 信号来做示例，所属技术领域中具通常知识者可了解到，该SS信号及ES信号也可以下缘触发状态来代表距离量测动作的开始与结束。
当频率屏蔽mk—被设定起始值时时，时间的量测动作随即展开。请参考图1，由于参考信号Fb并不与频率屏蔽mk同步，因此于所量测到的参考信号Fb的周期次数Nb中，其所经过的时间实际上是与频率屏蔽mk的范围不符合的，此即会造成前端误差及后端误差。
因此，本发明的实施例中即利用该等相位移信号来消除时间量测过程中造成的前端及后端误差。
在前端误差中，其于频率屏蔽mk的起始时序点至参考信号Fb发生第一触发状态的时间区间内，计数该等·相位移信号Fb-pfFb-p8发生第二触发状态(上缘或下缘触发状态)的次数Ndl。
在后端误差中，其于频率屏蔽mk的终止时序点至参考信号Fb发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号Fb-pfFb-p8发生第二触发状态(上缘或下缘触发状态)的次数Nd2。
所述的’该等相位移信号Fb-pf Fb_p8发生第二触发状态’其指当前端误差区间内选择上缘触发状态作为该第二触发状态时，后端误差区间内就必须同样选择上缘触发状态作为该第二触发状态；反之，当前端误差区间内选择下缘触发状态作为该第二触发状态时，在后端误差区间内就必须同样选择下缘触发状态作为该第二触发状态。以图1的示例来说，其选择上缘触发状态作为该第二触发状态，因此，于图1中的Ndl的计数值系为’3’， Nd2 为，5，。
由图1可知，待测物被量测移动距离时，实际上所经历的时间为’ t’，而时间值t会符合式⑴的运算t = tb + tdl — td2(I)因此，在后续之计算中，Ndl的次数与Nd2的次数会用来取得前端误差时间tdl及后端误差时间td2，进而消除前端及后端误差。
Nb为参考信号Fb在频率屏蔽mk的时间区间内所被量测到的周期次数；Fb也用来代表参考信号Fb的频率值…为相位移信号的数量。其中，所述之’基于第一触发状态’指参考信号Fb之周期次数的计数基础会与前端误差时间区间(tdl)的终点状态一致，也即， 以图1的示例来说，参考信号Fb之周期次数的计数起始点即为从上缘触发处开始计数，而非从下缘触发处开始计数参考信号Fb的周期次数；反之，若tdl的时间区间改变为自频率屏蔽mk的起始时序点至参考信号Fb发生下缘触发状态(第一触发状态)的时间区间时，前端误差时间区间(tdl)的终点状态即变成下缘触发状态，参考信号Fb的周期次数的计数起始点即需改变为从下缘触发处作为计数基础。
因此，由时间与频率及次数的关系式可知，频率屏蔽时间tb可由下式(2)来取得tb = (Nb/Fb)(2)前端误差时间tdl可由下式(3)来取得tdl = [Ndl/(Fb/M)](3)后端误差时间td2可由下式(4)来取得td2 = [Nd2/(Fb/M)](4)据此，实际所经历时间值t可由下式(5)来取得 t = (Nb/Fb) + [Ndl/(Fb/M)] 一 [Nd2/ (Fb/M) ](5)其中，M为该等相位移信号的个数，M ^ 2，也即所产生的该等相位移信号的个数至少为 2个。
进一步地，由式(5)也可了解到相位移信号的数量越多，能提升的准确度倍数就越高，也即，本发明图1实施例中的方法相较于未进行前端误差及后端误差校正的方法共至少提升了 8倍的准确度。相位移信号的数量越多就相当于时间间隔越小，能消除更细小的误差。
接着请参阅图2，为本发明一实施例中的测速方法的运作流程图。请同时参考图1，除了参考信号Fb及其相位移信号Fb-pfFb-pS系预先提供外，时间的量测部分受控于距离的量测部分。时间的量测部分=(SlOl)提供参考信号Fb、及多个相位移信号 Fb-pf Fb-p8 ； (S102)接着基于SS及ES信号设定频率屏蔽mk ;接着，(S103)取得前端误差计数值Ndl ;接着，(S104)关闭频率屏蔽mk并取得周期数计数值Nb ;接着，(S105)取得后端误差计数值Nd2 ;接着，(S106)进行式(5)的结果运算。至于距离的量测部分(S201)产生SS及ES信号并提供距离量测值d。最后， (S301)利用时间t及距离量测值d进行测速运算，其可测出速率值(d/t)，甚至可据以求得加速度值[d(d)/d(t)]。
接着请参阅图3，为本发明在一实施例中的测速系统的功能方块图。该测速系统 100包含一距离量测单元105、一距离量测信号输入端110、一测速器120及一运算装置 130。
距离量测单元105用于量测待测物的移动距离，并据以产生距离量测值d及基于距离量测动作而产生的开始信号SS及结束信号ES。
距离量测信号输入端110用于接收该开始信号SS、该结束信号ES、及该距离量测值d。
测速器120系连接距离量测信号输入端110以接收接收该开始信号SS、该结束信号ES、及该距离量测值d，以及测速器120用于产生前述的参考信号Fb、彼此互相间隔一固定相位的M个相位移信号、起始于该开始信号SS且终止于该结束信号ES的频率屏蔽mk、该等相位移信号于前端误差区间内发生第二触发状态的次数Ndl、在该频率屏蔽mk内该参考信号Fb发生第一触发状态的次数Nb、该等相位移信号于后端误差区间内发生第二触发状态的次数Nd2，以及输出该等数值d、Fb、Μ、Nb、Ndl、及Nd2。
在一实施例中，该测速器120可包含一基频产生单元121、一倍频单元123、及一可编程门阵列125。基频产生单元121用于产生一基频信号。通常是利用晶体震荡器来产生较低的基频，如此可降低成本，再由连接该基频产生单元121的倍频单元123来将基频提升，以作为该参考信号Fb。
可编程门阵列125可具有用来作为相位移产生电路的数字频率管理器、用来进行上或下微分(上缘触发或下缘触发)以计数Ndl及Nd2的微分电路、用来产生频率屏蔽 mk及对参考信号Fb进行计数的屏蔽电路等，据此，该可编程门阵列125可用于产生该等数值M、Nb、Ndl、及Nd2并输出该等计数数值d、Fb、Μ、Nb、Ndl、及Nd2。
可编程门阵列系为习知组件，本发明实施例的测速系统利用其内含的各个逻辑组件来达成本发明的目的，并在本发明实施例中使用的方法下可使用较少的逻辑组件，而不需选用大面积的可编程门阵列芯片，进而可减少电路占用的面积而缩小产品尺寸。举例来说，若将运算装置的运算功能也纳入可编程门阵列内的话将会大幅增加所需的逻辑组件数量，进而增加电路占用面积；是因结构上的设计所致，可编程门阵列要达到相同的运算处理就须用逻辑方式来处理，其速度虽快但逻辑组件需求变的庞大，内含运算结构电路的特殊可编程门阵列虽可达低逻辑组件空间的使用及高速的运算处理，但其单价过高。
运算装置130系连接该测速器120，用于接收该等数值并依前述式(5)进行运算以取得量测时间值t，并由距离量测值d进行测速运算。其中，该运算装置130可为一控制单元(MCU)或一计算机装置。若为一控制单元，则该控制单元通常会被设置在与测速器120 同一块的电路板上，使得整个测速系统100被整合在一模块上；然而，该运算装置130也可为外部的计算机装置，量测模块仅提供各个数据值，所有的计算由该计算机装置来处理。
进一步地，为了更加降低误差，也可对所产生的参考信号Fb进行预先的高精度量测，也即，为了避免基频产生器及倍频器实际上产生之频率与给予之标示值不同而发生的误差，可利用分辨率高于参考信号Fb频率的高精密计频仪来预先对模块上产生的参考信号Fb进行量测，并以此量测值作为一默认值直接储存在运算装置130中。如此使得每一次的量测中，参考信号Fb的频率值都会使用该默认值，而不会选用基频产生器及倍频 器于规格上所标示之参数。
综合上述，本发明的测速方法及系统利用快速且精准的多相位处理方式消除了时间量测的误差，并随着相位移信号的产生数量倍增量测准确度，以本发明的实施例来说系将误差缩小的8倍(对应8个相位移信号)，进而达到高精度的测速量测，以及达到较小电路占用面积的功效。
本发明在上文中已以较佳实施例公开，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明之范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种测速方法，其利用距离量测法及时间量测法取得的距离值及时间值来进行待测物的测速运算，其特征在于该时间量测法包含 提供一参考信号； 基于该参考信号产生具相同频率的多个相位移信号，该等相位移信号间系间隔一固定相位； 设定一频率屏蔽，其起始于距离量测动作的一开始信号，终止于该距离量测动作的一结束信号； 在该频率屏蔽的起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl ； 在该频率屏蔽的时间区间内，基于该第一触发状态，计数该参考信号发生的周期次数Nb ； 在该频率屏蔽的终止时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内，计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2 ;及依下式取得该待测物之时间值t，t = (Nb/Fb) + [Ndl/(Fb/M)] 一 [Nd2/(Fb/M)] 其中，Fb为该参考信号的频率，M为该等相位移信号的个数，M 3 2。
2.如权利要求1所述的测速方法，其特征在于其中所述第一触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一。
3.如权利要求1所述的测速方法，其特征在于其中所述第二触发状态为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一。
4.如权利要求1所述的测速方法，其特征在于其中，所产生的该等相位移信号的个数为4个或8个。
5.如权利要求1所述的测速方法，其特征在于其中还包含将该参考信号的频率Fb取代为一默认值。
6.如权利要求1所述的测速方法，其特征在于其中该固定相位之值系为360/(M-1)。
7.一种测速系统，其特征在于其包含 一距离量测单元，其用于量测一待测物的移动距离，并据以产生一距离量测值d及基于距离量测动作而产生的一开始信号及一结束信号； 一距离量测信号输入端，其用于接收该开始信号、该结束信号、及该距离量测值d ； 一测速器，其连接该距离量测信号输入端以接收该开始信号、该结束信号、及该距离量测值d，以及用于产生频率值为Fb的一参考信号，并基于该参考信号产生具相同频率且彼此互相间隔一固定相位的M个相位移信号，以及用于产生起始于该开始信号且终止于该结束信号的一频率屏蔽，以及用于在该频率屏蔽的起始时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Ndl，以及用于在该频率屏蔽的时间区间内基于该第一触发状态计数该参考信号发生的周期次数Nb，以及用于在该频率屏蔽的终止时序点至该参考信号发生第一触发状态的时间区间内计数该等相位移信号发生第二触发状态的次数Nd2，以及用于输出该等数值d、Fb、M、Nb、Ndl、及Nd2 ;及 一运算装置，其连接该测速器，用于接收该等数值并依下式进行运算以取得该待测物的时间值t，以及用于根据该时间值t及该距离量测值d进行该待测物的测速运算，t = (Nb/Fb) + [Ndl/(Fb/M)] 一 [Nd2/ (Fb/M)] 其中，M ≥ 2。
8.如权利要求7所述的测速系统，其特征在于其中该测速器包含 一基频产生单元，其用于产生一基频信号；一倍频单元，其连接该基频产生单元，用于将该基频信号倍频为该参考信号；及 一可编程门阵列，其连接该距离量测信号输入端以接收该开始信号、该结束信号、及该距离量测值d，以及连接该倍频单元以接收该参考信号，以及用于产生该等数值M、Nb、Ndl、及Nd2并输出该等数值d、Fb、M、Nb、Ndl、及Nd2。
9.如权利要求8所述的测速系统，其特征在于其中该运算装置系用于将该数值Fb取代为一默认值。
10.如权利要求7所述的测速系统，其特征在于其中该运算装置系为一控制单元及一计算机装置的二者中的其中之一。
11.如权利要求7所述的测速系统，其特征在于其中，该第一触发状态系为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一；该第二触发状态系为上缘触发状态及下缘触发状态的二者中的其中之一。
全文摘要
本发明公开一种测速方法及系统，利用距离量测法及时间量测法取得的距离值及时间值来进行待测物的测速运算，时间值的取得利用参考信号以及与距离量测动作同步的频率屏蔽来取得该频率屏蔽下的一参考信号的周期数，基于该周期数可取得距离量测动作之间的时间值，同时利用基于该参考信号而产生的多个相位移信号来修正前述的时间值，并可随着相位移信号数量的增加而将误差进一步地缩小，进而可得到准确的距离量测动作之间的时间值，且具有量测速度快、占用电路面积小的优点。
文档编号G01P3/64GK103018475SQ20111028166
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者周明宏, 谢青峰 申请人:亚旭电子科技(江苏)有限公司, 亚旭电脑股份有限公司