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速度测量

/velocity measurement/
条目作者曹建国

曹建国

最后更新 2022-12-23
浏览 169
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对物体运动速度进行测量的技术。

英文名称
velocity measurement
所属学科
控制科学与工程

速度是形容物体运动的快慢程度的物理量,速度是矢量,有大小和方向。生物组织器官内的不同声传导速度可反映生物组织的某些内在特性,如血管内的血流速度信息既可反映人体新陈代谢水平、心脏和血液循环系统功能,还有助于血管类疾病的诊断,如外周血管硬化、狭窄、阻塞、斑块的评估,断肢再植和烧伤病人血管完好性的判断等。

在物理学中提到的速度一般指瞬时速度。物体的运动速度分为线速度和角速度(转速)。在板带材大规模高速工业生产过程中,带材运动速度实时精确检测是工业测量问题中的难点和重点之一,如钢板带材速度的测量精度直接影响到轧制钢板的厚度和质量。因此,在板带材生产过程中,对于轧制速度的控制是非常重要的,必须进行可靠有效的速度检测。在机器人自动化技术中,转速测量较多,而且线速度也经常通过转速间接测量。例如可以将旋转速度转变成电信号的测速发电机,就是一种速度传感器。载体运动速度的检测是磁性目标如坦克、装甲车等目标探测识别和精确打击的重要参量之一,对制导引信一体化起着重要的作用。基于超声的血流速度检测方法大多使用基于多普勒频移的运动估计方法,主要利用的是超声在传播过程中与血流中的运动散射子之间发生相互作用而产生的回波信号所携带的血流速度信息,这种方法对人体无损伤且能够进行实时测量,因此是临床上最普遍采用的血流速度检测方法。

对于不同的测试对象、不同的测量精度等情况,所采用的速度传感器类型和测试原理也各不一样。

(1)微积分电路法。速度是位移对时间的微分,对加速度的积分,因此,使用位移传感器输出电信号经过微分电路微分或使用加速度传感器输出电信号通过积分电路积分即可得到与速度成比例的电信号。此方法缺点在于微分会增强噪声信号,解调和滤波也会有一定影响。

(2)平均速度法。适合测量速度较平稳的物体的速度,在已知位移的基础上,采用适当的区截装置(简称为靶),在位移始末两端产生可控制测时过程的电信号得到比较精准的时间,最终得到平均速度。区截装置的结构根据测量对象而定,常用的有线圈靶、天幕靶、光电靶和声靶等。

(3)瞬时速度法。使用传感器测量,传感器分为接触式测速传感器和非接触式测速传感器。常用的接触式测速传感器有旋转式速度传感器等,非接触式测速传感器有激光测速传感器、光电流速传感器等。随着精密制造业的崛起和节省成本的需求,非接触测速传感器会慢慢取代接触式测速传感器。

转速测量方法按输出信号可分为模拟式转速测量系统和数字式转速测量系统。普遍使用的是数字式转速测量系统,数字式转速测量系统使用频率式转速传感器把转速转变为频率信号,再通过测量信号的频率或周期来测量转速。常用的转速传感器有磁电感应式传感器、电涡流式传感器、霍尔式传感器、磁敏二极管或三极管式传感器和光电式传感器,这些传感器均为非接触式传感器。

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