相關(guān)測(cè)速試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：有關(guān)測(cè)速---綜合性實(shí)驗(yàn)所屬課程:檢測(cè)技術(shù)課程代碼:面向?qū)I(yè):測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)院(系):實(shí)驗(yàn)室:精巧儀器代號(hào):2004年6月10日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河嘘P(guān)測(cè)速利用流動(dòng)隨機(jī)噪聲信號(hào)，經(jīng)過搜尋互有關(guān)函數(shù)圖像的峰值所對(duì)應(yīng)的延緩時(shí)間進(jìn)行流速測(cè)量，擁有非接觸、抗攪亂能力強(qiáng)和適應(yīng)惡劣環(huán)境等特點(diǎn)，典型應(yīng)用如鋼鐵廠熱軋材的速度測(cè)量、煙氣或泥漿等多相流的流量測(cè)量等。現(xiàn)在流行的顆粒圖像速度儀（PVI,DPVI）采用的也是鑒于兩數(shù)據(jù)序列有關(guān)性的速度測(cè)量技術(shù)。該實(shí)驗(yàn)將傳感器技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)、數(shù)字信號(hào)辦理、控制電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)等有關(guān)知識(shí)進(jìn)行貫串和綜合。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將認(rèn)識(shí)掌握有關(guān)測(cè)速原理，認(rèn)識(shí)有關(guān)測(cè)速系統(tǒng)的基本組成及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)原則；認(rèn)識(shí)掌握光電編碼器的應(yīng)用；典型的電機(jī)調(diào)速方法；數(shù)據(jù)采集卡的編程應(yīng)用；數(shù)據(jù)有關(guān)等信號(hào)辦理技術(shù)等。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、流動(dòng)噪聲發(fā)生-電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)①在認(rèn)識(shí)步進(jìn)電機(jī)或變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法的基礎(chǔ)上，達(dá)成轉(zhuǎn)速設(shè)定及電機(jī)驅(qū)動(dòng)，確定轉(zhuǎn)速范圍，計(jì)算傳達(dá)帶的線速度；②認(rèn)識(shí)增量光電編碼器的工作原理、主要性能指標(biāo)和輸出信號(hào)的形式；認(rèn)識(shí)可逆計(jì)數(shù)電路的工作原理；達(dá)成光電編碼器與計(jì)數(shù)電路的連線，經(jīng)過串口讀取計(jì)數(shù)電路輸出，獲取轉(zhuǎn)速；③經(jīng)過光電編碼器測(cè)量實(shí)質(zhì)轉(zhuǎn)速，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反應(yīng)控制。2、有關(guān)測(cè)速數(shù)字仿真及針對(duì)周期攪亂信號(hào)的預(yù)辦理①經(jīng)過運(yùn)行數(shù)字仿真程序，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)原理和系統(tǒng)參數(shù)，認(rèn)識(shí)掌握隨機(jī)信號(hào)自有關(guān)函數(shù)的特性以及周期信號(hào)自有關(guān)函數(shù)的特點(diǎn)；②將周期攪亂信號(hào)混入隨機(jī)噪聲信號(hào)中，察看加入50赫茲陷波器的作用。3、有關(guān)測(cè)速及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)被測(cè)量為傳達(dá)帶的線速度，隨機(jī)噪聲由粘貼在傳達(dá)帶上錫紙的不規(guī)則表面對(duì)電渦流或光電傳感器的反射生成。①設(shè)計(jì)合理的傳感器間距，察看傳感器間距對(duì)測(cè)量精度的影響；②設(shè)計(jì)合理的樣本容量，并察看樣本容量對(duì)數(shù)據(jù)辦理結(jié)果的影響；③利用數(shù)采卡對(duì)兩路隨機(jī)噪聲信號(hào)進(jìn)行采集，用直接數(shù)字有關(guān)法和FFT方法進(jìn)行互有關(guān)辦理，求得速度值。-2-三、實(shí)驗(yàn)表示圖有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置、有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)軟件主界面及有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示窗口分別如圖1、2和3所示。電渦流傳感器隨傳達(dá)帶一同運(yùn)動(dòng)的錫箔紙（其表面的隨機(jī)凹凸即為電渦流傳感器敏感的流動(dòng)噪聲）電機(jī)及變頻調(diào)速控制器有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置圖1有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置-3-圖2有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)軟件主界面1圖3有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)軟件主界面2-4-四、實(shí)驗(yàn)用主要儀器設(shè)施、耗資品儀器設(shè)施名稱規(guī)格耗資品名稱規(guī)格（含控制電機(jī)，光電編碼器，帶輪和傳達(dá)帶，傳感有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)裝置鋁箔器夾持架，帶通信接口的可逆計(jì)數(shù)器）24V直流穩(wěn)壓電源流動(dòng)噪聲傳感器電渦流傳感器或光電傳兩個(gè)感器安裝PCI9111DG數(shù)據(jù)采集卡、步進(jìn)電機(jī)卡計(jì)算機(jī)PCI-8144、光電編碼器數(shù)采卡SGC-PCI3.1和有關(guān)測(cè)速實(shí)驗(yàn)操作軟件-5-五、實(shí)驗(yàn)原理及原始計(jì)算數(shù)據(jù)、所應(yīng)用的公式運(yùn)用有關(guān)原理進(jìn)行速度測(cè)量的原理如圖4所示。沿運(yùn)動(dòng)物體速度方向相隔必然距離安裝兩個(gè)傳感器S1和S2如圖4（a）所示，經(jīng)過S1、S2獲取與運(yùn)動(dòng)物體表面性質(zhì)有關(guān)的流動(dòng)噪聲信號(hào)如圖4（b）中的S1(t)和S2(t)所示。(a)(b)圖4有關(guān)測(cè)速原理圖若是S1和S2性能完好相同，兩者距離足夠近，能夠認(rèn)為S1(t)和S2(t)的波形完好相同，它們之間僅存在一個(gè)延時(shí)t0，它是運(yùn)動(dòng)物體同一點(diǎn)過上游傳感器S1時(shí)刻和過下游傳感器S2時(shí)刻的時(shí)間差，稱為“渡越時(shí)間”。求得渡越時(shí)間t0就能夠獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度：vS(1-1)t0經(jīng)過求取S1(t)和S2(t)的互有關(guān)函數(shù)，能夠求得渡越時(shí)間t0。按定義，S1(t)和S2(t)的互有關(guān)函數(shù)為：R()lim1T)dtlim1Tt0)dt(1-2)TS1(t)S2(tTS1(t)S1(tT0T0由于S(t)S(tt)，故有：210R()1T)dtlim1Tt0)dt(1-3)limS1(t)S2(tS1(t)S1(tTT0TT0依照有關(guān)函數(shù)的性質(zhì)可知，在τ等于渡越時(shí)間t0時(shí)，互有關(guān)函數(shù)R獲取最大值。因此，只要在延緩域找到R()的最大值點(diǎn)，就能夠獲取：t0R()MAX(1-4)一般用有限時(shí)間的積分代替上式，有1T(1-5)R()S1(t)S2(t)dtT0在數(shù)字化的辦理中，若選定采樣周期為δ，則上下游信號(hào)表示為失散的S1(nδ)和S2(nδ)，n為整數(shù)。其互有關(guān)函數(shù)表示為-6-1N1(1-6)R(m)S1(n)S2(nm)Nn0找出使R獲取最大值的點(diǎn)m=m0，即得渡越時(shí)間為m0δ。實(shí)質(zhì)上整個(gè)有關(guān)算法主若是計(jì)算線性卷積，可經(jīng)過圓周卷積計(jì)算獲取。設(shè)待卷積的兩個(gè)序列分別為x(n)和h(n)，用圓周卷積計(jì)算線性卷積的方法歸納以下：將長(zhǎng)為N2的序列x(n)將長(zhǎng)為N1的序列h(n)

延伸到L,補(bǔ)L-N2個(gè)零延伸到L,補(bǔ)L-N1個(gè)零若是L≥N1+N2-1，則圓周卷積與線性卷積相等，此時(shí)，可用FFT計(jì)算線性卷積，方法以下：a)計(jì)算X(k)FFT[x(n)]b)求H(k)FFT[h(n)]（1-7）c)求Y(k)X(k)H(k)k=0～L-1d)求y(n)IFFT[Y(k)]n=0～L-1可見，只需進(jìn)行二次FFT，一次IFFT即可達(dá)成線性卷積計(jì)算，計(jì)算量減小了好多。有關(guān)測(cè)速的信號(hào)辦理過程歸納以下：-7-傳感器敏感被測(cè)物表面特點(diǎn)或電學(xué)特點(diǎn)模擬濾波數(shù)據(jù)采集數(shù)字濾波有關(guān)運(yùn)算（兩種算法對(duì)比結(jié)果）求有關(guān)函數(shù)峰值對(duì)應(yīng)的渡越時(shí)間求速度數(shù)值圖5系統(tǒng)流程圖電渦流傳感器1數(shù)據(jù)采集卡DAAD電渦流傳感器2有關(guān)測(cè)速軟件平臺(tái)串口計(jì)數(shù)電路變頻器電機(jī)光電編碼器圖6系統(tǒng)構(gòu)造框圖在本實(shí)驗(yàn)裝置中，由步進(jìn)電機(jī)或三相異步電機(jī)帶動(dòng)皮帶產(chǎn)生線速度信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)速可經(jīng)過脈沖輸入或變頻控制器調(diào)治。皮帶輪上貼有鋁箔，鋁箔隨皮帶運(yùn)動(dòng)，表面特點(diǎn)依次被上游和下游傳感器讀得，求兩信號(hào)的互有關(guān)函數(shù)就能獲取渡越時(shí)間值。本實(shí)驗(yàn)裝置中還設(shè)計(jì)有一套光電編碼器測(cè)速子系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)光電編碼器測(cè)量皮帶輪的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速變換成皮帶的線速度作為速度參照值。-8-六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及曲線八、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)中某些現(xiàn)象的分析討論九、實(shí)驗(yàn)方法指示及注意事項(xiàng)確認(rèn)變頻器、電機(jī)、傳感器與電源、計(jì)算機(jī)的正確連結(jié)。-9-δ，它是直接影響速確認(rèn)皮帶上的鋁箔無零散，調(diào)整傳感器的垂直距離，保證皮帶經(jīng)過時(shí)鋁箔在傳感器的線性測(cè)量范圍內(nèi)。翻開電渦流傳感器的24V供電電源。運(yùn)行實(shí)驗(yàn)配套軟件，啟動(dòng)電機(jī)，調(diào)治旋鈕調(diào)治電機(jī)轉(zhuǎn)速。選擇“教師演示”的選項(xiàng)，待電機(jī)抵達(dá)牢固轉(zhuǎn)速時(shí)按下“開始”鍵。由于鋁箔連續(xù)，任何時(shí)刻均能夠開始測(cè)量。察看屏幕顯示的測(cè)量結(jié)果，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。更正有關(guān)運(yùn)算的軟件參數(shù)，如采樣頻次、辦理周期。察看測(cè)量結(jié)果，比較系統(tǒng)在各參數(shù)下的測(cè)量情況。更正硬件參數(shù)，如傳感器間距、傳感器離皮帶表面高度、皮帶運(yùn)行速度等參數(shù)。察看測(cè)量結(jié)果，比較測(cè)量情況。比較采用不相同直徑電渦流傳感器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。有目的的重復(fù)步驟4，5，6。對(duì)收效較好的測(cè)量結(jié)果，能夠先停止測(cè)速。獲取定性結(jié)論。選擇“教師演示”的選項(xiàng)，待電機(jī)抵達(dá)牢固轉(zhuǎn)速時(shí)按下“開始”鍵，更正有關(guān)運(yùn)算的軟件參數(shù)，如采樣頻次、傳感器記錄。停止測(cè)量后，記著目前測(cè)量結(jié)果文件。重復(fù)9）步驟。達(dá)成所有測(cè)量后，封閉程序，停止變頻器，最后封閉傳感器電源。更正硬件參數(shù)時(shí)必然要先停電機(jī)（切段電機(jī)電源），爾后再進(jìn)行操作。進(jìn)行連續(xù)測(cè)量時(shí)，程序素來判斷鋁箔信號(hào)爾后進(jìn)行有關(guān)運(yùn)算，不能夠在這個(gè)時(shí)候更正軟件參數(shù)。十、尚待解決的問題十一、對(duì)學(xué)生的要求實(shí)驗(yàn)以前應(yīng)充分預(yù)習(xí)，認(rèn)識(shí)掌握隨機(jī)信號(hào)及其自有關(guān)和互有關(guān)函數(shù)的特點(diǎn)。應(yīng)在掌握各樣數(shù)字有關(guān)算法的基礎(chǔ)上編寫數(shù)字有關(guān)算法程序。對(duì)以下問題進(jìn)行思慮，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中給出有關(guān)分析。運(yùn)用數(shù)據(jù)有關(guān)的性質(zhì)講解有低頻濾波與沒有低頻濾波時(shí)有關(guān)函數(shù)曲線的差別。工業(yè)過程中哪些地方還能夠用到有關(guān)測(cè)速？哪些現(xiàn)有的測(cè)速方法換成有關(guān)測(cè)速會(huì)更好？除了測(cè)速以外，有關(guān)技術(shù)還能夠用在哪些地方？c)使用數(shù)字有關(guān)，渡越時(shí)間t0的測(cè)量極限分辨值是采樣周期度測(cè)量精度的因素。請(qǐng)分析一下采樣周期是怎么影響測(cè)量結(jié)果的。若是測(cè)量同一個(gè)速度值，采樣周期改變后，其他參數(shù)應(yīng)當(dāng)怎樣進(jìn)行調(diào)整。-10-十二、參照文件1．袁鎮(zhèn)福.周潔，信號(hào)濾波和傳感器特點(diǎn)對(duì)有關(guān)測(cè)速影響的研究，儀器儀表學(xué)報(bào)2001年01期2．吳偉亮.陳漢平.吳志鋒，提高有關(guān)測(cè)速中亞時(shí)間采樣間隔精度的數(shù)學(xué)辦理方法，計(jì)算機(jī)仿真,2002年02期3．劉曉平.有關(guān)測(cè)速儀測(cè)量精度與信號(hào)辦理，工業(yè)計(jì)量,2000年05期4．王偉華.邵德奇，氣泡幕的有關(guān)測(cè)速技術(shù)，光電子.激光,2005年10期5．陳敏.何俊華.王鋒;陳良益;，熱軋速度有關(guān)測(cè)速儀的研制和改良中國(guó)儀器儀表,2000年