速度傳感器的原理及應用課件

速度傳感器的原理、分類及應用速度傳感器的原理、分類及應用1速度傳感器定義：能感受被測速度并轉換成可用輸出信號的傳感器。速度傳感器定義：能感受被測速度并轉換成可用輸出信號的傳感器。2速度的測量A.從物體運動的形式來看，速度的測量分為線速度測量和角速度測量；B.從運動速度的參考基準來看分為絕對速度測量和相對速度的測量；C.從速度的數值特征來看分為平均速度測量和瞬時速度測量；D.從獲取物體運動速度的方式來看分為直接速度測量和間接速度測量。

線速度的計量單位通常用m/s；在工程上通常用km/s。速度的測量3（1）速度的測量方法時間、位移計算方法這種方法是根據速度的定義測量速度，即通過測量距離和行走該距離的時間，然后求得平均速度。取得越小，則求得速度越接近運動體的瞬時速度。由此原理，可以延伸出多種測量速度的方法，如：相關測速法和空間濾波器測速法。（1）速度的測量方法4所謂相關測速法是利用求隨機過程互相關函數極值的方法來測量速度。設平穩(wěn)隨機過程觀察的時間為T，則它的互相關函數為：可以看一下信號分析相關書當被測運動以速度運動時，運動體表面總有些可以測得的痕跡變化或標記。在固定的距離上裝兩個檢測器，如圖a所示。A和B是用于檢測痕跡變化的。轉換輸出信號波形如圖b所示。這兩個信號是測量獲得的物體表面變化的隨機過程在測量條件基本相同的情況下，這兩個隨機信號只是在時間上滯后。即所謂相關測速法是利用求隨機過程互相關函數極值的方法來測量速度5就是物體上某點從A運動到B的時間，測量后就可以求得物體運動速度，即，計算的方法就是利用數學上求互相關函數極值的方法。在測量足夠長的時間內，互相關函數為

它和相比，相當于把自相關函數延時的值。當時，有極大值，也就是互相關函數有極大值，此時就是所求的值。將送到模擬相關分析儀中，改變滯后時間，可以得到相互關函數隨滯后時間變化時的圖形，求得最大值時所對應時間就是，即可求得速度。在工程上用這種方法可以測量軋鋼時板材速度、流體流動速度、汽車車速等。就是物體上某點從A運動到B的時間，測量后就可6

所謂空間濾波器測速法是利用可選擇一定空間頻率段的空間濾波器件與被測物體同步運動，然后在單位空間內測量相應的時間頻率，求得運動體的運動速度。

空間濾波器是能夠選擇一定空間頻率段的器件?？臻g頻率是指單位空間線度內物理量周期性變化的次數，它可以用右圖來表示。在柵格板上刻有透明的相間狹縫，高在空間長度L內有N個等距狹縫，當柵格板移動時，光檢測器件便可感受到光源的明暗變化。明暗變化的空間頻率u=N/L。如果柵格板的移動速度為v，移動L所需要的時間為t，則光檢測器檢測到的時間頻率為f=N/t。由于N=u*L，時間頻率和空間頻率的關系為所謂空間濾波器測速法是利用可選擇一定空間頻率段的7由此可知，速度V可用空間頻率來描述。右圖為空間濾波器的測速原理圖。當點光源沿著圖中y的方向以一定速度運動時，點光源的光通過光學透鏡成像在叉指式光電池柵格上，光電池便會輸出頻率為f的脈沖串。選擇光電池柵格尺寸和形狀能使柵格對一定空間頻率有選擇性，那么物體運動的速度就可以換為時間頻率信號?？臻g濾波器輸出信號的中心頻率跟速度成正比，因此，通過測頻即可測量速度。但是在實際應用時使用的光源不是點光源，而是具有任意輝度分布的光源。利用這種方法可以用來檢測傳送帶、鋼板、車輛等的運動速度，也可以用于轉動物體為背景的角速度測量，它的檢測范圍為1.5~250km/h，測量精度可達0.5%。由此可知，速度V可用空間頻率來描述。右圖為空間濾波器的測速原82）加速度積分法和位移微分測量法測量到運動體的加速度信號，并對時間t積分，就可得到運動體的速度；測量運動體的位移信號，并將其對時間微分，也可以得到速度，這兩種方法完全相同。利用該方法典型實例是振動測量中，利用加速度計測量振動體的加速度振動信號經電路積分獲得振動速度；應用振幅計測量振動體位移信號再進行微分得到振動的速度。3）利用物理參數測量速度利用速度大小與某些物理量間的已知關系間接地測量物體運動的速度。如：電動式速度傳感器和電磁式速度傳感器。2）加速度積分法和位移微分測量法9電動式速度傳感器的結構原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線圈及支承彈簧等組成。永久磁鐵和軛鐵產生一個均勻磁場，線圈安裝在這個磁場中。根據電磁感應定律，穿過線圈的磁通量隨時間發(fā)生變化時，在線圈兩端將產生與磁通量的減少速率成正比的電壓，即如果傳感器中的線圈沿與磁場垂直方向運動，在線圈中便可產生與線圈速度成正比的感應電壓，由此可從輸出電壓中測得速度。這種傳感器的靈敏度與磁通密度、線圈的匝數及其展開面積的乘積成正比。但線圈的面積越大，傳感器的體積也越大，且會使其動態(tài)特性變壞。當接入負載電阻時，線圈位移產生的電流會產生與磁場作用的反作用力，這種反作用力可用在測量中起阻尼作用。該型傳感器的測量范圍為。電動式速度傳感器的結構原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線10

電磁式速度傳感器的結構原理如右圖所示，它由永久磁鐵和線圈等構成。永久磁鐵和運動物體相連，線圈處于固定狀態(tài)。根據電磁感應定律，當永久磁鐵從線圈旁邊經過時，線圈便會產生一個感應電勢，如果磁鐵經過的路徑不變，那么這個感應脈沖的電壓峰值與磁鐵運動的速度成正比。因此，可以通過這個脈沖電壓的峰值來確定永久磁鐵的運動速度。將永久磁鐵固定在被測物體上，即可測得物體的運動速度。速度傳感器的原理及應用課件11轉速測量數字式轉速傳感器：把轉速轉變成電脈沖信號最主要頻率法測轉速式中，z為旋轉體每轉一轉傳感器發(fā)出的電脈沖信號數；t為采樣時間(s)。n=60xN/zt電子計數器：在采樣時間內對轉速傳感器輸出的電脈沖信號進行計數。利用標準時間控制計數器閘門。當計數器的顯示值為N時，被測量的轉速為n,則有轉速測量數字式轉速傳感器：把轉速轉變成電脈沖信號最主要頻率法12轉速傳感器

轉速傳感器的種類很多，有磁電式、光電式、離心式、霍爾式等轉速傳感器。隨著高速鐵路飛速發(fā)展，在時速超過350km/h的高速鐵路線路上，列車的測速定位問題顯得越來越重要。其中輪軸脈沖轉速傳感器在高速鐵路中應用較為廣泛。輪軸脈沖轉速傳感器測速的基本工作原理：利用車輪的周長作為“尺子”測量列車走行距離，根據所測距離測算列車運行速度。其基本公式為：V=πDn/3.6式中，π=3.14，D為車輪直徑，n為車輪轉速。

轉速傳感器

轉速傳感器的種類很多，13從上式可知，測量列車速度就是檢測列車車輪轉速和列車輪徑。脈沖轉速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉動一周，傳感器輸出一定數目的脈沖，使脈沖頻率與輪軸轉速成正比。輸出的脈沖經隔離和整形后直接輸入計算機CPU進行頻率測量，再經換算從而得出車組速度和走行距離。其原理框圖如下圖。脈沖轉速傳感器隔離整形頻率測量與計算脈沖轉速傳感器原理框圖車組速度和走行距離脈沖轉速傳感器隔離整形頻率測量與計算脈沖轉速傳感器原理142）磁電感應式轉速傳感器

當安裝在被測轉軸上的齒輪(導磁體)旋轉時，其齒依次通過永久磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線圈上感應出頻率和幅值均與軸轉速成此例的交流電壓信號u0。2）磁電感應式轉速傳感器當安裝在被測轉軸上的齒輪(導磁15隨著轉速下降輸出電壓幅值減小，當轉速低到一定程度時，電壓幅值將會減小到無法檢測出來的程度。故這種傳感器不適合于低速測量。隨著轉速下降輸出電壓幅值減小，當轉速低到一定程度時，電壓幅值16轉速傳感器在車輪上的安裝轉速傳感器在車輪上的安裝17霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產生危險。用霍爾轉速傳感器來檢測車輪的轉動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質霍爾霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應用18光電轉速傳感器231231(a)(b)光電數字式轉速表工作原理圖下圖是光電數字式轉速表的工作原理圖。圖(a)是在待測轉速軸上固定一帶孔的轉速調置盤，在調置盤一邊由白熾燈產生恒定光，透過盤上小孔到達光敏二極管組成的光電轉換器上，轉換成相應的電脈沖信號，經過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號，轉速由該脈沖頻率決定。在待測轉速的軸上固定一個涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射率。當轉軸轉動時，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號，轉換為電脈沖信號。光電轉速傳感器231231(a)(b)光電數字式轉速表193）電渦流位移傳感器—轉速測量

若轉軸上開z個槽(或齒)，頻率計的讀數為f（單位為Hz），則轉軸的轉速n（單位為r/min）的計算公式為

3）電渦流位移傳感器—轉速測量若轉軸上開z個槽(或204）閃光測轉速法利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象（0.05s~0.2s）來測量轉速。視覺暫留：一個閃光目標，當閃動頻率大于10Hz時，人眼看上去就是連續(xù)發(fā)亮的。用一個頻率連續(xù)可調的閃光燈照射被測旋轉軸上的某一固定標記(如齒輪的齒，圓盤的輻條或在旋轉軸上涂以黑白點)，并調節(jié)閃光頻率f，直到旋轉軸上出現(xiàn)一個單定象為止，即達到n=f的條件。

若在連續(xù)兩次閃光的時間間隔內，旋轉軸轉過整數倍時，即n＝k0f時，也會出現(xiàn)單定象。式中的k0為單定象停留的次數(1、2、3、…)。

當閃光頻率比被測轉速高二倍、三倍、…、m倍時，則會出現(xiàn)二重象、三重象以至于m重象。f=m×n4）閃光測轉速法若在連續(xù)兩次閃光的時間間隔內，旋轉軸轉過整數21閃光測速法需要注意（1）若已知被測轉速范圍，則將閃光頻率從略大于n的高頻逐漸下降，直到第一次出現(xiàn)不動的頻閃像，則n=f；（2）若無法預知范圍，則從低頻上調，直至出現(xiàn)多重像；閃光測速法需要注意（1）若已知被測轉速范圍，則將閃光頻率從略22

線速度傳感器是用來測量直線運動速度的傳感器，它的輸出電壓和被測物體運動速度成線性關系，因而它被廣泛用于航空、兵器、機械、儀器儀表、地質石油、核工業(yè)等部門的自動控制和自動測量。該傳感器具有極高的頻率響應，可檢測小模數齒輪和其它物體的轉速，具有穩(wěn)定的工作性能。輸出為方波信號，能實現(xiàn)遠距離傳輸。本產品有雙路相位差信號輸出，可測量物體的正、反轉，能替代旋轉編碼器。

線速度傳感器

線速度傳感器是用來測量直線運動速度的傳23

如，ZLS-C50測速傳感器是特別定制高精度的一款測速傳感器，其精度小于0.05%。它是非接觸精密測量物體運行速度的利器。它不僅能測運行速度，還能測量運行物體左右擺動量，以及運動方向和停機狀態(tài)。它不僅能測量大物體，也能測量細小物體,是目前一款性能非常優(yōu)異的在線測速度傳感器。如，ZLS-C50測速傳感器是特24激光測速儀激光測速儀25速度傳感器的原理及應用課件26（Dopplereffect）就是當聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度V相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同的現(xiàn)象。由多普勒效應所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度V成正比，與振動的頻率成反比。多普勒效應有興趣的可以看看《傳感器與現(xiàn)代檢測技術》清華大學出版社，陶艷紅等編（Dopplereffect）就是當聲音，光和無線電波等27●觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數，當波以速度v通過接收者時，時間t內通過的完全波的個數為N＝vt／λ因而單位時間內通過接收者的完全波的個數，即接收的頻率f＝v／λ。

●若波源不動時，觀察著朝向波源以速度V2運動，由于相對速度增大而使單位時間內通過觀察者的完全波的個數增多，即f2＝（v＋v2）／λ＝（v＋V2）／（v／f）＝（1＋V2／v）f，可見接收的頻率增大了。同理可知，當觀察著背離波源運動時，接受頻率將減小。●若波源移動，波源朝向觀察者以速度V1運動，由于波長變短為λ1＝λ－V1t，而使得單位時間內通過波的個數增多，即f1＝v／λ1＝fv／（v－v1），可見接收頻率亦增大，同理可知，當波源背離觀察者運動時，接受頻率將減少。●觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內接收到的完全波的個28當光源與接受者都不動，但探測器探測從運動體散射或是反射的光波頻率同樣也是變化的，這種現(xiàn)象叫做光學多普勒效應。光頻率的變化量f0稱之為多普勒頻移。如圖發(fā)射機發(fā)射出的電磁波向被測物體傳輸，以速度v向發(fā)射機運動的被測物體接收到得信號頻率為f1=f0+

式中，f0為發(fā)射機發(fā)射信號頻率；v為被測物體的運動速度；λ0為發(fā)射信號的波長，λ0=c/fo;c為電磁波在真空中的傳播速度。vλ0光學多普勒效應當光源與接受者都不動，但探測器探測從運動體散射或是反射的光波29發(fā)射機接收機發(fā)射器接收機vvλ1λ0f1f1f0f2a)多普勒效應產生過程示意圖b)a)發(fā)射機發(fā)射信號，被測物體接受并以速度v運動；b)被測物體反射信號如同新的發(fā)射機并以速度v運動，使與發(fā)射機同地點的接收機接收發(fā)接收發(fā)射器接收機vvλ1λ0f1f1f0f2a)30

若把f1看成新的發(fā)射機向與發(fā)射機同地點的接收機發(fā)射的信號頻率，如上圖b所示，則接收機接收到的信號頻率為f2=f1+v/λ1=f0+v/λ0+v/λ1由于被測物體的運動速度遠小于電磁波的傳播速度，所以λ0=λ1，于是有f2=f0+2v/λ0由多普勒效應產生的頻率之差稱為多普勒頻率，即fd=f2–f0=2v/λ0（式1）式1說明，被測物體的運動速度v可以用多普勒頻率來描述。一般情況下，光學多普勒效應用下圖來說明。圖中，S為光源，V為物體的運動速度。P是運動物體，Q是觀察者所處的位置。

速度傳感器的原理及應用課件31如果物體P的運動速度為v,P的運動方向與PS的夾角為α，P的運動方向與PQ的夾角為β。則從S射出的頻率f1的光，經過運動物體P的散射，觀察者在Q處觀察到的頻率為f2.根據多普勒原理可得f2=f1［1+v(cosα+cosβ)/c］式中，c為真空中的光束。知道了發(fā)射頻率和接收頻率，從它們之差就可以求得。如果物體P的運動速度為v,P的運動方向與PS的夾角為α，32多普勒效應廣泛應用于光學，聲學，雷達，氣象以及核物理學等領域，大多用于測量物體運動速度，流體流量，流速等。光學多普勒位移檢測方法具有很高測量靈敏度。例如，用He-Ne激光器作光源，運動速度為1m/s的頻移達1.6MHz，可測速度范圍為1ums~100m/s。以多普勒頻移位基本原理，以激光作為光源的光纖多普勒探測頭式研究流體流動的有力手段，其主要優(yōu)點是空間分辨率高，光束不干擾流動性，并具有跟蹤快速變化的能力，已經得到廣泛應用。在許多特殊場合下，例如在測量密閉容器中流速度和生物系統(tǒng)中血流速時，不能安裝普通的多普勒裝置，必須采用光纖組成的具有微型探頭的測量系統(tǒng).多普勒效應廣泛應用于光學，聲學，雷達，氣象以33激光多普勒光纖測速系統(tǒng)

如圖：當激光沿著光纖射到運動物體A上時，被測物體A反射的光與光纖端面的反射光（起參考作用)一起沿著光纖返回。為了消除從發(fā)射透鏡反射回來的光，在光電探測器前面裝一塊偏振片R，使光電探測器只能檢測出與原來光束偏振方向相垂直的偏振光。這樣，頻率不同的信號光與參考光共同作用在光電探測器上，產生差拍。形成的光電流經頻譜分析出頻率的變化，進一步可算出物體的運動速度。激光多普勒光纖測速系統(tǒng)示意圖激光多普勒光纖測速系統(tǒng)如圖：當激光沿著光纖射到運34多普勒雷達的電路原理框圖如圖所示。它由發(fā)射機、接收機、混頻器、檢波器、放大器及處理電路等組成。當發(fā)射信號和接收到的回波信號經混頻器混頻后，兩者產生差頻現(xiàn)象，差頻的頻率正好為多普勒頻率。利用多普勒雷達可以對被測物體進行線速度和轉速進行測量。多普勒雷達的電路原理框圖如圖所示。它由發(fā)射機、接收機、混頻器35多普勒雷達產生的多普勒頻率為：多普勒雷達測速——被測物體的線速度——電磁波方向與速度方向的夾角；——電磁波的波長；——電磁波方向與被測物體的速度分量。用多普勒雷達測運動物體線速度的方法，已廣泛應用于檢測車輛的行駛速度。

多普勒雷達檢測線速度的工作原理圖多普勒雷達產生的多普勒頻率為：多普勒雷達測速——被36目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。在軌道車輛上，車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性很大程度上取決于它所采集到的速度信號的可靠性和精度，而所采集的速度信號包括當前速度值和速度的變化量。在機車的牽引控制，車輪滑動保護，列車控制，和車門控制過程中都要涉及到速度信號的采集問題。我們可以發(fā)現(xiàn)在各種軌道車輛中，這個任務是由許許多多的速度傳感器來完成的。在過去，用來測速的傳感器通常性能不穩(wěn)定，而且容易出現(xiàn)故障，經常引起車輛事故。主要原因是早期使用的主要是模擬傳感器，而當時使用的數字傳感器效果也很差。造成上述速度傳感器問題的主要原因是軌道車輛應用的環(huán)境都極度惡劣。

德國Lenord+Bauer公司經過多年的研究和實際經驗的積累，開發(fā)出高品質的多功能的速度傳感器，而且性能非常穩(wěn)定，廣泛應用于工況惡劣的軌道列車行業(yè)。傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。速度傳感器的發(fā)展前景目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)37參考1：《現(xiàn)代傳感器技術與應用礎》北京理工出版社曾光宇楊湖等編參考2：《傳感器與檢測技術》機械工業(yè)出版社趙勇胡濤等編參考3：《傳感器與現(xiàn)代檢測技術》清華大學出版社陶紅艷余成波主編更多的了解請參考thanks參考1：《現(xiàn)代傳感器技術與應用礎》更多38速度傳感器的原理、分類及應用速度傳感器的原理、分類及應用39速度傳感器定義：能感受被測速度并轉換成可用輸出信號的傳感器。速度傳感器定義：能感受被測速度并轉換成可用輸出信號的傳感器。40速度的測量A.從物體運動的形式來看，速度的測量分為線速度測量和角速度測量；B.從運動速度的參考基準來看分為絕對速度測量和相對速度的測量；C.從速度的數值特征來看分為平均速度測量和瞬時速度測量；D.從獲取物體運動速度的方式來看分為直接速度測量和間接速度測量。

線速度的計量單位通常用m/s；在工程上通常用km/s。速度的測量41（1）速度的測量方法時間、位移計算方法這種方法是根據速度的定義測量速度，即通過測量距離和行走該距離的時間，然后求得平均速度。取得越小，則求得速度越接近運動體的瞬時速度。由此原理，可以延伸出多種測量速度的方法，如：相關測速法和空間濾波器測速法。（1）速度的測量方法42所謂相關測速法是利用求隨機過程互相關函數極值的方法來測量速度。設平穩(wěn)隨機過程觀察的時間為T，則它的互相關函數為：可以看一下信號分析相關書當被測運動以速度運動時，運動體表面總有些可以測得的痕跡變化或標記。在固定的距離上裝兩個檢測器，如圖a所示。A和B是用于檢測痕跡變化的。轉換輸出信號波形如圖b所示。這兩個信號是測量獲得的物體表面變化的隨機過程在測量條件基本相同的情況下，這兩個隨機信號只是在時間上滯后。即所謂相關測速法是利用求隨機過程互相關函數極值的方法來測量速度43就是物體上某點從A運動到B的時間，測量后就可以求得物體運動速度，即，計算的方法就是利用數學上求互相關函數極值的方法。在測量足夠長的時間內，互相關函數為

它和相比，相當于把自相關函數延時的值。當時，有極大值，也就是互相關函數有極大值，此時就是所求的值。將送到模擬相關分析儀中，改變滯后時間，可以得到相互關函數隨滯后時間變化時的圖形，求得最大值時所對應時間就是，即可求得速度。在工程上用這種方法可以測量軋鋼時板材速度、流體流動速度、汽車車速等。就是物體上某點從A運動到B的時間，測量后就可44

所謂空間濾波器測速法是利用可選擇一定空間頻率段的空間濾波器件與被測物體同步運動，然后在單位空間內測量相應的時間頻率，求得運動體的運動速度。

空間濾波器是能夠選擇一定空間頻率段的器件?？臻g頻率是指單位空間線度內物理量周期性變化的次數，它可以用右圖來表示。在柵格板上刻有透明的相間狹縫，高在空間長度L內有N個等距狹縫，當柵格板移動時，光檢測器件便可感受到光源的明暗變化。明暗變化的空間頻率u=N/L。如果柵格板的移動速度為v，移動L所需要的時間為t，則光檢測器檢測到的時間頻率為f=N/t。由于N=u*L，時間頻率和空間頻率的關系為所謂空間濾波器測速法是利用可選擇一定空間頻率段的45由此可知，速度V可用空間頻率來描述。右圖為空間濾波器的測速原理圖。當點光源沿著圖中y的方向以一定速度運動時，點光源的光通過光學透鏡成像在叉指式光電池柵格上，光電池便會輸出頻率為f的脈沖串。選擇光電池柵格尺寸和形狀能使柵格對一定空間頻率有選擇性，那么物體運動的速度就可以換為時間頻率信號?？臻g濾波器輸出信號的中心頻率跟速度成正比，因此，通過測頻即可測量速度。但是在實際應用時使用的光源不是點光源，而是具有任意輝度分布的光源。利用這種方法可以用來檢測傳送帶、鋼板、車輛等的運動速度，也可以用于轉動物體為背景的角速度測量，它的檢測范圍為1.5~250km/h，測量精度可達0.5%。由此可知，速度V可用空間頻率來描述。右圖為空間濾波器的測速原462）加速度積分法和位移微分測量法測量到運動體的加速度信號，并對時間t積分，就可得到運動體的速度；測量運動體的位移信號，并將其對時間微分，也可以得到速度，這兩種方法完全相同。利用該方法典型實例是振動測量中，利用加速度計測量振動體的加速度振動信號經電路積分獲得振動速度；應用振幅計測量振動體位移信號再進行微分得到振動的速度。3）利用物理參數測量速度利用速度大小與某些物理量間的已知關系間接地測量物體運動的速度。如：電動式速度傳感器和電磁式速度傳感器。2）加速度積分法和位移微分測量法47電動式速度傳感器的結構原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線圈及支承彈簧等組成。永久磁鐵和軛鐵產生一個均勻磁場，線圈安裝在這個磁場中。根據電磁感應定律，穿過線圈的磁通量隨時間發(fā)生變化時，在線圈兩端將產生與磁通量的減少速率成正比的電壓，即如果傳感器中的線圈沿與磁場垂直方向運動，在線圈中便可產生與線圈速度成正比的感應電壓，由此可從輸出電壓中測得速度。這種傳感器的靈敏度與磁通密度、線圈的匝數及其展開面積的乘積成正比。但線圈的面積越大，傳感器的體積也越大，且會使其動態(tài)特性變壞。當接入負載電阻時，線圈位移產生的電流會產生與磁場作用的反作用力，這種反作用力可用在測量中起阻尼作用。該型傳感器的測量范圍為。電動式速度傳感器的結構原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線48

電磁式速度傳感器的結構原理如右圖所示，它由永久磁鐵和線圈等構成。永久磁鐵和運動物體相連，線圈處于固定狀態(tài)。根據電磁感應定律，當永久磁鐵從線圈旁邊經過時，線圈便會產生一個感應電勢，如果磁鐵經過的路徑不變，那么這個感應脈沖的電壓峰值與磁鐵運動的速度成正比。因此，可以通過這個脈沖電壓的峰值來確定永久磁鐵的運動速度。將永久磁鐵固定在被測物體上，即可測得物體的運動速度。速度傳感器的原理及應用課件49轉速測量數字式轉速傳感器：把轉速轉變成電脈沖信號最主要頻率法測轉速式中，z為旋轉體每轉一轉傳感器發(fā)出的電脈沖信號數；t為采樣時間(s)。n=60xN/zt電子計數器：在采樣時間內對轉速傳感器輸出的電脈沖信號進行計數。利用標準時間控制計數器閘門。當計數器的顯示值為N時，被測量的轉速為n,則有轉速測量數字式轉速傳感器：把轉速轉變成電脈沖信號最主要頻率法50轉速傳感器

轉速傳感器的種類很多，有磁電式、光電式、離心式、霍爾式等轉速傳感器。隨著高速鐵路飛速發(fā)展，在時速超過350km/h的高速鐵路線路上，列車的測速定位問題顯得越來越重要。其中輪軸脈沖轉速傳感器在高速鐵路中應用較為廣泛。輪軸脈沖轉速傳感器測速的基本工作原理：利用車輪的周長作為“尺子”測量列車走行距離，根據所測距離測算列車運行速度。其基本公式為：V=πDn/3.6式中，π=3.14，D為車輪直徑，n為車輪轉速。

轉速傳感器

轉速傳感器的種類很多，51從上式可知，測量列車速度就是檢測列車車輪轉速和列車輪徑。脈沖轉速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉動一周，傳感器輸出一定數目的脈沖，使脈沖頻率與輪軸轉速成正比。輸出的脈沖經隔離和整形后直接輸入計算機CPU進行頻率測量，再經換算從而得出車組速度和走行距離。其原理框圖如下圖。脈沖轉速傳感器隔離整形頻率測量與計算脈沖轉速傳感器原理框圖車組速度和走行距離脈沖轉速傳感器隔離整形頻率測量與計算脈沖轉速傳感器原理522）磁電感應式轉速傳感器

當安裝在被測轉軸上的齒輪(導磁體)旋轉時，其齒依次通過永久磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線圈上感應出頻率和幅值均與軸轉速成此例的交流電壓信號u0。2）磁電感應式轉速傳感器當安裝在被測轉軸上的齒輪(導磁53隨著轉速下降輸出電壓幅值減小，當轉速低到一定程度時，電壓幅值將會減小到無法檢測出來的程度。故這種傳感器不適合于低速測量。隨著轉速下降輸出電壓幅值減小，當轉速低到一定程度時，電壓幅值54轉速傳感器在車輪上的安裝轉速傳感器在車輪上的安裝55霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應用

若汽車在剎車時車輪被抱死，將產生危險。用霍爾轉速傳感器來檢測車輪的轉動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質霍爾霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應用56光電轉速傳感器231231(a)(b)光電數字式轉速表工作原理圖下圖是光電數字式轉速表的工作原理圖。圖(a)是在待測轉速軸上固定一帶孔的轉速調置盤，在調置盤一邊由白熾燈產生恒定光，透過盤上小孔到達光敏二極管組成的光電轉換器上，轉換成相應的電脈沖信號，經過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號，轉速由該脈沖頻率決定。在待測轉速的軸上固定一個涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射率。當轉軸轉動時，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號，轉換為電脈沖信號。光電轉速傳感器231231(a)(b)光電數字式轉速表573）電渦流位移傳感器—轉速測量

若轉軸上開z個槽(或齒)，頻率計的讀數為f（單位為Hz），則轉軸的轉速n（單位為r/min）的計算公式為

3）電渦流位移傳感器—轉速測量若轉軸上開z個槽(或584）閃光測轉速法利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象（0.05s~0.2s）來測量轉速。視覺暫留：一個閃光目標，當閃動頻率大于10Hz時，人眼看上去就是連續(xù)發(fā)亮的。用一個頻率連續(xù)可調的閃光燈照射被測旋轉軸上的某一固定標記(如齒輪的齒，圓盤的輻條或在旋轉軸上涂以黑白點)，并調節(jié)閃光頻率f，直到旋轉軸上出現(xiàn)一個單定象為止，即達到n=f的條件。

若在連續(xù)兩次閃光的時間間隔內，旋轉軸轉過整數倍時，即n＝k0f時，也會出現(xiàn)單定象。式中的k0為單定象停留的次數(1、2、3、…)。

當閃光頻率比被測轉速高二倍、三倍、…、m倍時，則會出現(xiàn)二重象、三重象以至于m重象。f=m×n4）閃光測轉速法若在連續(xù)兩次閃光的時間間隔內，旋轉軸轉過整數59閃光測速法需要注意（1）若已知被測轉速范圍，則將閃光頻率從略大于n的高頻逐漸下降，直到第一次出現(xiàn)不動的頻閃像，則n=f；（2）若無法預知范圍，則從低頻上調，直至出現(xiàn)多重像；閃光測速法需要注意（1）若已知被測轉速范圍，則將閃光頻率從略60

線速度傳感器是用來測量直線運動速度的傳感器，它的輸出電壓和被測物體運動速度成線性關系，因而它被廣泛用于航空、兵器、機械、儀器儀表、地質石油、核工業(yè)等部門的自動控制和自動測量。該傳感器具有極高的頻率響應，可檢測小模數齒輪和其它物體的轉速，具有穩(wěn)定的工作性能。輸出為方波信號，能實現(xiàn)遠距離傳輸。本產品有雙路相位差信號輸出，可測量物體的正、反轉，能替代旋轉編碼器。

線速度傳感器

線速度傳感器是用來測量直線運動速度的傳61

如，ZLS-C50測速傳感器是特別定制高精度的一款測速傳感器，其精度小于0.05%。它是非接觸精密測量物體運行速度的利器。它不僅能測運行速度，還能測量運行物體左右擺動量，以及運動方向和停機狀態(tài)。它不僅能測量大物體，也能測量細小物體,是目前一款性能非常優(yōu)異的在線測速度傳感器。如，ZLS-C50測速傳感器是特62激光測速儀激光測速儀63速度傳感器的原理及應用課件64（Dopplereffect）就是當聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度V相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同的現(xiàn)象。由多普勒效應所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度V成正比，與振動的頻率成反比。多普勒效應有興趣的可以看看《傳感器與現(xiàn)代檢測技術》清華大學出版社，陶艷紅等編（Dopplereffect）就是當聲音，光和無線電波等65●觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數，當波以速度v通過接收者時，時間t內通過的完全波的個數為N＝vt／λ因而單位時間內通過接收者的完全波的個數，即接收的頻率f＝v／λ。

●若波源不動時，觀察著朝向波源以速度V2運動，由于相對速度增大而使單位時間內通過觀察者的完全波的個數增多，即f2＝（v＋v2）／λ＝（v＋V2）／（v／f）＝（1＋V2／v）f，可見接收的頻率增大了。同理可知，當觀察著背離波源運動時，接受頻率將減小。●若波源移動，波源朝向觀察者以速度V1運動，由于波長變短為λ1＝λ－V1t，而使得單位時間內通過波的個數增多，即f1＝v／λ1＝fv／（v－v1），可見接收頻率亦增大，同理可知，當波源背離觀察者運動時，接受頻率將減少。●觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時間內接收到的完全波的個66當光源與接受者都不動，但探測器探測從運動體散射或是反射的光波頻率同樣也是變化的，這種現(xiàn)象叫做光學多普勒效應。光頻率的變化量f0稱之為多普勒頻移。如圖發(fā)射機發(fā)射出的電磁波向被測物體傳輸，以速度v向發(fā)射機運動的被測物體接收到得信號頻率為f1=f0+

式中，f0為發(fā)射機發(fā)射信號頻率；v為被測物體的運動速度；λ0為發(fā)射信號的波長，λ0=c/fo;c為電磁波在真空中的傳播速度。vλ0光學多普勒效應當光源與接受者都不動，但探測器探測從運動體散射或是反射的光波67發(fā)射機接收機發(fā)射器接收機vvλ1λ0f1f1f0f2a)多普勒效應產生過程示意圖b)a)發(fā)射機發(fā)射信號，被測物體接受并以速度v運動；b)被測物體反射信號如同新的發(fā)射機并以速度v運動，使與發(fā)射機同地點的接收機接收發(fā)接收發(fā)射器接收機vvλ1λ0f1f1f0f2a)68

若把f1看成新的發(fā)射機向與發(fā)射機同地點的接收機發(fā)射的信號頻率，如上圖b所示，則接收機接收到的信號頻率為f2=f1+v/λ1=f0+v/λ0+v/λ1由于被測物體的運動速度遠小于電磁波的傳播速度，所以λ0=λ1，于是有f2=f0+2v/λ0由多普勒效應產生的頻率之差稱為多普勒頻率，即fd=f2–f0=2v/λ0（式1）式1說明，被測物體的運動速度v可以用多普勒頻率來描述。一般情況下，光學多普勒效應用下圖來說明。圖中，S為光源，V為物體的運動速度。P是運動物體，Q是觀察者所處的位置。

速度傳感器的原理及應用課件69如果物體P的運動速度為v,P的運動方向與PS的夾角為α，P的運動方向與PQ的夾角為β。則從S射出的頻率f1的光，經過運動物體P的散射，觀察者在Q處觀察到的頻率為f2.根據多普勒原理可得f2=f1［1+v(cosα+cosβ)/c］式中，c為真空中的光束。知道了發(fā)射頻率和接收頻率，從它們之差就可以求得。如果物體P的運動速度為v,P的運動方向與PS的夾角為α，70多普勒效應廣泛應用于光學，聲學，雷達，氣象以及核物理學等領域，大多用于測量物體運動速度，流體流量，流速等。光學多普勒位移檢測方法具有很高測量靈敏度。例如，用He-Ne激光器作光源，運動速度為1m/s的頻移達1.6MHz，可測速度范圍為1ums~100m/s。