第五章機(jī)械參量的測(cè)試-優(yōu)秀PPT

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

角速度測(cè)量(rad/s)（轉(zhuǎn)速測(cè)量(轉(zhuǎn)/分）測(cè)量原理1.物體運(yùn)動(dòng)的線速度可以從物體在一定時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離或者從物體移動(dòng)一定距離所需的時(shí)間求得，這種方法只能求某段距離或時(shí)間的平均速度。越越小，越接近瞬時(shí)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(cè)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(cè)試方法一、平均速度法平均速度法適用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)的物體的速度。通過(guò)已知的位移Δx和相應(yīng)的時(shí)間間隔Δt來(lái)測(cè)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(chǎng)的變化及波的傳播等原理工作的。1．線圈靶運(yùn)動(dòng)體從線圈靶內(nèi)穿過(guò)時(shí)，磁通量發(fā)生變化，從而使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)可以作為測(cè)時(shí)儀器的啟動(dòng)或停止信號(hào)。線圈靶的類型感應(yīng)線圈靶感應(yīng)線圈靶：要求被測(cè)物體帶有磁性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：僅有一組感應(yīng)線圈勵(lì)磁線圈靶勵(lì)磁線圈靶：要求運(yùn)動(dòng)體是磁導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩組線圈，外層為感應(yīng)線圈，內(nèi)層為勵(lì)磁線圈。勵(lì)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(gè)通以直流電流的勵(lì)磁線圈，從而使線圈周圍形成一個(gè)磁場(chǎng)這是一種非接觸式測(cè)量，測(cè)量精度較高。當(dāng)隨機(jī)過(guò)程是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程時(shí)，y(t)的波形和x〔t)是相似的，只是時(shí)間上推遲了t0(=L/v)，即線速度測(cè)量〔m/s，km/h)1)微分處理圖中傳感器2得到的信號(hào)x〔t〕是由于物體A點(diǎn)進(jìn)入傳感器2的檢測(cè)區(qū)得到的。當(dāng)發(fā)射波投射到運(yùn)動(dòng)物體上時(shí)，反射波的頻率由于多普勒效應(yīng)而發(fā)生變化。如對(duì)準(zhǔn)c’d’安裝一個(gè)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(cè)速度適合于定尺寸材料的速度檢測(cè)。當(dāng)發(fā)射波投射到運(yùn)動(dòng)物體上時(shí)，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(cè)試出運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)發(fā)射源與接受器相對(duì)固定時(shí)，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(cè)物體帶有磁性物體的運(yùn)動(dòng)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(duì)準(zhǔn)c’d’安裝一個(gè)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(shì)的峰值p為點(diǎn)磁偶極子的磁矩n為線圈靶的有效圈數(shù)μ0運(yùn)動(dòng)體的磁導(dǎo)率a為線圈的有效半徑特征點(diǎn)：1)類似于正弦的區(qū)截信號(hào)對(duì)應(yīng)于線圈靶的中性平面;2)em為信號(hào)的峰值點(diǎn)電勢(shì)。使用中：線圈中心應(yīng)與運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)行方向盡量重合。2．聲靶———————利用超聲速?gòu)椡璧募げㄔ恚河贸羲亠w行的彈丸的彈頭波掃過(guò)作為靶的高頻話筒，產(chǎn)生電信號(hào)，用以啟動(dòng)或停止測(cè)時(shí)儀器。這是一種較新的測(cè)速方法，使用較為方便，但對(duì)于低于音速飛行的彈丸無(wú)法測(cè)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(cè)速度適合于定尺寸材料的速度檢測(cè)。這是一種非接觸式測(cè)量，測(cè)量精度較高。如圖所示是由兩個(gè)固定距離為L(zhǎng)的檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)的。檢測(cè)器由光源和光接收元件構(gòu)成。被測(cè)物體以速度v行進(jìn)時(shí)，它的前端在通過(guò)第一個(gè)檢測(cè)器的時(shí)刻，由于物體遮斷光線而產(chǎn)生輸出信號(hào)，由這信號(hào)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至物體到達(dá)第二個(gè)檢測(cè)器時(shí)刻．檢測(cè)器發(fā)出停止脈沖計(jì)數(shù)。由檢測(cè)器間距L和計(jì)數(shù)脈沖的周期T、個(gè)數(shù)N，可求出物體的行進(jìn)速度。光束切斷式速度測(cè)量天幕靶是一種光電靶，利用太陽(yáng)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(diǎn)：對(duì)運(yùn)動(dòng)體材料沒有特殊要求，對(duì)運(yùn)動(dòng)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(gè)光闌，則只有光闌上狹縫所允許通過(guò)的光才能成象于c’d’。如對(duì)準(zhǔn)c’d’安裝一個(gè)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(guò)該光幕時(shí)，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(hào)發(fā)生變化，發(fā)出區(qū)截信號(hào)。相關(guān)法檢測(cè)線速度，是利用隨機(jī)過(guò)程互相關(guān)函數(shù)的方法進(jìn)行的，其原理如圖所示。被測(cè)物體以速度V行進(jìn)，在靠近行進(jìn)物體處安裝兩個(gè)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(cè)易于從被測(cè)物體上檢測(cè)到的參量(如表面粗糙度、表面缺陷等），例如對(duì)被測(cè)物體發(fā)射光，由于被測(cè)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(hào)是經(jīng)隨機(jī)噪聲調(diào)制過(guò)的。圖中傳感器2得到的信號(hào)x〔t〕是由于物體A點(diǎn)進(jìn)入傳感器2的檢測(cè)區(qū)得到的。當(dāng)物體A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到傳感器1的檢測(cè)區(qū)．得到信號(hào)y〔t）。當(dāng)隨機(jī)過(guò)程是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程時(shí)，y(t)的波形和x〔t)是相似的，只是時(shí)間上推遲了t0(=L/v)，即二、相關(guān)法相關(guān)測(cè)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(cè)速當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。利用多普勒雷達(dá)測(cè)量速度多普勒測(cè)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(dòng)物體上時(shí)，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(cè)試出運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)發(fā)射源與接受器相對(duì)固定時(shí)，根據(jù)多普勒原理〔效應(yīng)），多普勒頻差為v——物體的運(yùn)動(dòng)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(dòng)方向的夾角。fT——電磁波的發(fā)射頻率。越越小，越接近瞬時(shí)速度。2)積分處理———————利用超聲速?gòu)椡璧募げㄆ湮锢砗x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(cè)試出運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)單色光束人射到運(yùn)動(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(cè)試出運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)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(cè)器間距L和計(jì)數(shù)脈沖的周期T、個(gè)數(shù)N，可求出物體的行進(jìn)速度。特點(diǎn)：對(duì)運(yùn)動(dòng)體材料沒有特殊要求，對(duì)運(yùn)動(dòng)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(cè)速方法，使用較為方便，但對(duì)于低于音速飛行的彈丸無(wú)法測(cè)量。相關(guān)法檢測(cè)線速度，是利用隨機(jī)過(guò)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(cè)量可以克服由于機(jī)械磨損和打滑造成的測(cè)量誤差。如在象前裝一個(gè)光闌，則只有光闌上狹縫所允許通過(guò)的光才能成象于c’d’。光脈沖照射到光敏元件上時(shí)，即產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，從而把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成了電脈沖信號(hào)。利用多普勒效應(yīng)制成的儀器有激光多普勒測(cè)量?jī)x、超聲多普勒測(cè)量?jī)x等，具有精度高、非接觸、不擾亂流場(chǎng)、響應(yīng)快、空間分辨率高、使用方便的特點(diǎn)，廣泛用于流速測(cè)量、工業(yè)中鋼板、鋁材測(cè)量、醫(yī)學(xué)中血液循環(huán)監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等。非接觸測(cè)量可以克服由于機(jī)械磨損和打滑造成的測(cè)量誤差。轉(zhuǎn)速測(cè)量1.數(shù)字式轉(zhuǎn)速表（1〕測(cè)量原理：數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)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(hào)，再通過(guò)測(cè)量信號(hào)的頻率或周期來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。（2〕轉(zhuǎn)速傳感器把被測(cè)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)。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(hào)，它可以是一個(gè)其上開有均勻分布的多個(gè)縫隙(或小孔)的圓盤，或是直接在被測(cè)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(cè)軸上的調(diào)制器隨被測(cè)鈾一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用圓盤縫隙(或小孔)的透光性，或黑白條紋對(duì)光的吸收或反射性把被測(cè)轉(zhuǎn)速調(diào)制成相應(yīng)的光脈沖。光脈沖照射到光敏元