第五章機(jī)械參量的測試-優(yōu)秀PPT

§5-2速度測量物體的運(yùn)動速度分為線速度和角速度(轉(zhuǎn)速)。速度是位移對時間的微分，對加速度的積分，可通過位移傳感器的輸出電信號通過微分電路進(jìn)行微分，或者把加速度傳感器的輸出電信號通過積分電路進(jìn)行積分，就可以得到速度隨時間的變化關(guān)系。存在的問題：1)微分處理2)積分處理因此，速度測量最好采用直接測量法。速度測量速度測量線速度測量〔m/s，km/h)

角速度測量(rad/s)（轉(zhuǎn)速測量(轉(zhuǎn)/分）測量原理1.物體運(yùn)動的線速度可以從物體在一定時間內(nèi)移動的距離或者從物體移動一定距離所需的時間求得，這種方法只能求某段距離或時間的平均速度。越越小，越接近瞬時速度。2.角速度和線速度的相互轉(zhuǎn)化。3.利用物理參數(shù)測量：多普勒效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理4.加速度積分法和位移微分法5.相關(guān)法平均速度法常采用的裝置是區(qū)截裝置——習(xí)慣上把區(qū)截裝置叫作靶。按其作用方式，大體上可分為接觸和非接觸兩種類型。測試方法一、平均速度法平均速度法適用于測量運(yùn)動較平穩(wěn)的物體的速度。通過已知的位移Δx和相應(yīng)的時間間隔Δt來測量平均速度。常用的區(qū)截裝置有：網(wǎng)靶鋁箔靶鋼板靶非接觸型接觸型聲靶線圈靶光幕靶天幕靶(一)、接觸型靶如網(wǎng)靶——銅絲、錫箔網(wǎng)靶錫箔(二)、非接觸型靶利用光線的遮擋，電磁場的變化及波的傳播等原理工作的。1．線圈靶運(yùn)動體從線圈靶內(nèi)穿過時，磁通量發(fā)生變化，從而使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢可以作為測時儀器的啟動或停止信號。線圈靶的類型感應(yīng)線圈靶感應(yīng)線圈靶：要求被測物體帶有磁性結(jié)構(gòu)特點：僅有一組感應(yīng)線圈勵磁線圈靶勵磁線圈靶：要求運(yùn)動體是磁導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)特點：兩組線圈，外層為感應(yīng)線圈，內(nèi)層為勵磁線圈。勵磁線圈靶工作原理圖感應(yīng)線圈靶工作原理圖把彈丸預(yù)先進(jìn)行磁化處理在線圈內(nèi)另加一個通以直流電流的勵磁線圈，從而使線圈周圍形成一個磁場這是一種非接觸式測量，測量精度較高。當(dāng)隨機(jī)過程是平穩(wěn)隨機(jī)過程時，y(t)的波形和x〔t)是相似的，只是時間上推遲了t0(=L/v)，即線速度測量〔m/s，km/h)1)微分處理圖中傳感器2得到的信號x〔t〕是由于物體A點進(jìn)入傳感器2的檢測區(qū)得到的。當(dāng)發(fā)射波投射到運(yùn)動物體上時，反射波的頻率由于多普勒效應(yīng)而發(fā)生變化。如對準(zhǔn)c’d’安裝一個光敏元件，它所接收的只是垂直于紙面方向(與光闌狹縫平行)，寬度為cd的一條光幕的光。光束切斷法檢測速度適合于定尺寸材料的速度檢測。當(dāng)發(fā)射波投射到運(yùn)動物體上時，反射波的頻率由于多普勒效應(yīng)而發(fā)生變化。若將發(fā)射波與反射波混頻，取出頻差，即可測試出運(yùn)動體的運(yùn)動速度。當(dāng)發(fā)射源與接受器相對固定時，根據(jù)多普勒原理〔效應(yīng)），多普勒頻差為感應(yīng)線圈靶：要求被測物體帶有磁性物體的運(yùn)動速度分為線速度和角速度(轉(zhuǎn)速)。加速度積分法和位移微分法如對準(zhǔn)c’d’安裝一個光敏元件，它所接收的只是垂直于紙面方向(與光闌狹縫平行)，寬度為cd的一條光幕的光。xxem為感應(yīng)電勢的峰值p為點磁偶極子的磁矩n為線圈靶的有效圈數(shù)μ0運(yùn)動體的磁導(dǎo)率a為線圈的有效半徑特征點：1)類似于正弦的區(qū)截信號對應(yīng)于線圈靶的中性平面;2)em為信號的峰值點電勢。使用中：線圈中心應(yīng)與運(yùn)動體的運(yùn)行方向盡量重合。2．聲靶———————利用超聲速彈丸的激波原理：用超音速飛行的彈丸的彈頭波掃過作為靶的高頻話筒，產(chǎn)生電信號，用以啟動或停止測時儀器。這是一種較新的測速方法，使用較為方便，但對于低于音速飛行的彈丸無法測量。3．光電靶光束切斷法天幕靶光電靶——光束切斷法光束切斷法檢測速度適合于定尺寸材料的速度檢測。這是一種非接觸式測量，測量精度較高。如圖所示是由兩個固定距離為L的檢測器實現(xiàn)速度檢測的。檢測器由光源和光接收元件構(gòu)成。被測物體以速度v行進(jìn)時，它的前端在通過第一個檢測器的時刻，由于物體遮斷光線而產(chǎn)生輸出信號，由這信號驅(qū)動脈沖計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)至物體到達(dá)第二個檢測器時刻．檢測器發(fā)出停止脈沖計數(shù)。由檢測器間距L和計數(shù)脈沖的周期T、個數(shù)N，可求出物體的行進(jìn)速度。光束切斷式速度測量天幕靶是一種光電靶，利用太陽光在大氣中散射而形成的自然光為光源。也可以使用直流光源。特點：對運(yùn)動體材料沒有特殊要求，對運(yùn)動體飛行沒有干擾。光電靶——天幕靶側(cè)向天幕靶正向天幕靶天幕靶的工作原理badccdba根據(jù)透鏡成象原理，發(fā)光體ab所成的象為a’b’。如在象前裝一個光闌，則只有光闌上狹縫所允許通過的光才能成象于c’d’。如對準(zhǔn)c’d’安裝一個光敏元件，它所接收的只是垂直于紙面方向(與光闌狹縫平行)，寬度為cd的一條光幕的光。當(dāng)彈丸飛過該光幕時，彈丸的影像將使照射到光敏元件上的光通量發(fā)生變化，使光敏元件產(chǎn)生的電信號發(fā)生變化，發(fā)出區(qū)截信號。相關(guān)法檢測線速度，是利用隨機(jī)過程互相關(guān)函數(shù)的方法進(jìn)行的，其原理如圖所示。被測物體以速度V行進(jìn)，在靠近行進(jìn)物體處安裝兩個相距L相同的傳感器〔如光電傳感器、超聲波傳感器等）。傳感器檢測易于從被測物體上檢測到的參量(如表面粗糙度、表面缺陷等），例如對被測物體發(fā)射光，由于被測物表面的差異及傳感器等受隨機(jī)因素的影響。傳感器得到的反射光信號是經(jīng)隨機(jī)噪聲調(diào)制過的。圖中傳感器2得到的信號x〔t〕是由于物體A點進(jìn)入傳感器2的檢測區(qū)得到的。當(dāng)物體A點運(yùn)動到傳感器1的檢測區(qū)．得到信號y〔t）。當(dāng)隨機(jī)過程是平穩(wěn)隨機(jī)過程時，y(t)的波形和x〔t)是相似的，只是時間上推遲了t0(=L/v)，即二、相關(guān)法相關(guān)測速原理圖其物理含義是x(t)延遲to后成x(t－t0)，其波形將和y〔t〕幾乎重疊，因此互相關(guān)值有最大值。三、多普勒測速當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對運(yùn)動時，接收到的聲波頻率與入射聲波頻率存在差別的現(xiàn)象稱為光學(xué)多普勒效應(yīng)，是奧地利學(xué)者多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)單色光束人射到運(yùn)動體上某點時，光波在該點被運(yùn)動體散射，散(反)射光頻率與人射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。利用多普勒雷達(dá)測量速度多普勒測速原理是利用電磁波的反射特性。當(dāng)發(fā)射波投射到運(yùn)動物體上時，反射波的頻率由于多普勒效應(yīng)而發(fā)生變化。若將發(fā)射波與反射波混頻，取出頻差，即可測試出運(yùn)動體的運(yùn)動速度。當(dāng)發(fā)射源與接受器相對固定時，根據(jù)多普勒原理〔效應(yīng)），多普勒頻差為v——物體的運(yùn)動速度，vφ——電磁波在介質(zhì)中的傳播速度〔在自由空間為光速），θ——發(fā)射波與物體運(yùn)動方向的夾角。fT——電磁波的發(fā)射頻率。越越小，越接近瞬時速度。2)積分處理———————利用超聲速彈丸的激波其物理含義是x(t)延遲to后成x(t－t0)，其波形將和y〔t〕幾乎重疊，因此互相關(guān)值有最大值。角速度和線速度的相互轉(zhuǎn)化。若將發(fā)射波與反射波混頻，取出頻差，即可測試出運(yùn)動體的運(yùn)動速度。當(dāng)單色光束人射到運(yùn)動體上某點時，光波在該點被運(yùn)動體散射，散(反)射光頻率與人射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。若將發(fā)射波與反射波混頻，取出頻差，即可測試出運(yùn)動體的運(yùn)動速度。其物理含義是x(t)延遲to后成x(t－t0)，其波形將和y〔t〕幾乎重疊，因此互相關(guān)值有最大值。由檢測器間距L和計數(shù)脈沖的周期T、個數(shù)N，可求出物體的行進(jìn)速度。特點：對運(yùn)動體材料沒有特殊要求，對運(yùn)動體飛行沒有干擾。角速度和線速度的相互轉(zhuǎn)化。這是一種較新的測速方法，使用較為方便，但對于低于音速飛行的彈丸無法測量。相關(guān)法檢測線速度，是利用隨機(jī)過程互相關(guān)函數(shù)的方法進(jìn)行的，其原理如圖所示。非接觸測量可以克服由于機(jī)械磨損和打滑造成的測量誤差。如在象前裝一個光闌，則只有光闌上狹縫所允許通過的光才能成象于c’d’。光脈沖照射到光敏元件上時，即產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖信號，從而把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成了電脈沖信號。利用多普勒效應(yīng)制成的儀器有激光多普勒測量儀、超聲多普勒測量儀等，具有精度高、非接觸、不擾亂流場、響應(yīng)快、空間分辨率高、使用方便的特點，廣泛用于流速測量、工業(yè)中鋼板、鋁材測量、醫(yī)學(xué)中血液循環(huán)監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷等。非接觸測量可以克服由于機(jī)械磨損和打滑造成的測量誤差。轉(zhuǎn)速測量1.數(shù)字式轉(zhuǎn)速表（1〕測量原理：數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)由頻率式轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字顯示器等部分組成。首先由傳感器把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成頻率信號，再通過測量信號的頻率或周期來測量轉(zhuǎn)速。（2〕轉(zhuǎn)速傳感器把被測轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號。電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器

磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器

光電式轉(zhuǎn)速傳感器分為反射式和透射式兩大類，它們都由光源、光路系統(tǒng)、調(diào)制器和光敏元件組成。調(diào)制器的作用是把連續(xù)光調(diào)制成光脈沖信號，它可以是一個其上開有均勻分布的多個縫隙(或小孔)的圓盤，或是直接在被測轉(zhuǎn)軸的某一部位上涂以黑白相間的條紋。當(dāng)安裝在被測軸上的調(diào)制器隨被測鈾一起旋轉(zhuǎn)時，利用圓盤縫隙(或小孔)的透光性，或黑白條紋對光的吸收或反射性把被測轉(zhuǎn)速調(diào)制成相應(yīng)的光脈沖。光脈沖照射到光敏元