速度传感器的原理及应用.ppt

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1、速度传感器的原理、分类及应用速度传感器定义：能感受被测速度并转换成可用输出信号的传感器。速度的测量A.从物体运动的形式来看，速度的测量分为线速度测量和角速度测量；B.从运动速度的参考基准来看分为绝对速度测量和相对速度的测量；C.从速度的数值特征来看分为平均速度测量和瞬时速度测量；D.从获取物体运动速度的方式来看分为直接速度测量和间接速度测量。线速度的计量单位通常用m/s；在工程上通常用km/s。（1）速度的测量方法时间、位移计算方法这种方法是根据速度的定义测量速度，即通过测量距离和行走该距离的时间，然后求得平均速度。取得越小，则求得速度越接近运动体的瞬时速度。由此原理，可以延伸出多种

2、测量速度的方法，如：相关测速法和空间滤波器测速法。所谓相关测速法是利用求随机过程互相关函数极值的方法来测量速度。设平稳随机过程观察的时间为T，则它的互相关函数为：可以看一下信号分析相关书当被测运动以速度运动时，运动体表面总有些可以测得的痕迹变化或标记。在固定的距离上装两个检测器，如图a所示。A和B是用于检测痕迹变化的。转换输出信号波形如图b所示。这两个信号是测量获得的物体表面变化的随机过程在测量条件基本相同的情况下，这两个随机信号只是在时间上滞后。即就是物体上某点从A运动到B的时间，测量后就可以求得物体运动速度，即，计算的方法就是利用数学上求互相关函数极值的方法。在测量足够长的时间内

3、，互相关函数为它和相比，相当于把自相关函数延时的值。当时，有极大值，也就是互相关函数有极大值，此时就是所求的值。将送到模拟相关分析仪中，改变滞后时间，可以得到相互关函数随滞后时间变化时的图形，求得最大值时所对应时间就是，即可求得速度。在工程上用这种方法可以测量轧钢时板材速度、流体流动速度、汽车车速等。所谓空间滤波器测速法是利用可选择一定空间频率段的空间滤波器件与被测物体同步运动，然后在单位空间内测量相应的时间频率，求得运动体的运动速度。空间滤波器是能够选择一定空间频率段的器件。空间频率是指单位空间线度内物理量周期性变化的次数，它可以用右图来表示。在栅格板上刻有透明的相间狭缝，高在空间

4、长度L内有N个等距狭缝，当栅格板移动时，光检测器件便可感受到光源的明暗变化。明暗变化的空间频率u=N/L。如果栅格板的移动速度为v，移动L所需要的时间为t，则光检测器检测到的时间频率为f=N/t。由于N=u*L，时间频率和空间频率的关系为由此可知，速度V可用空间频率来描述。右图为空间滤波器的测速原理图。当点光源沿着图中y的方向以一定速度运动时，点光源的光通过光学透镜成像在叉指式光电池栅格上，光电池便会输出频率为f的脉冲串。选择光电池栅格尺寸和形状能使栅格对一定空间频率有选择性，那么物体运动的速度就可以换为时间频率信号。空间滤波器输出信号的中心频率跟速度成正比，因此，通过测频即可测量速

5、度。但是在实际应用时使用的光源不是点光源，而是具有任意辉度分布的光源。利用这种方法可以用来检测传送带、钢板、车辆等的运动速度，也可以用于转动物体为背景的角速度测量，它的检测范围为1.5~250km/h，测量精度可达0.5%。2）加速度积分法和位移微分测量法测量到运动体的加速度信号，并对时间t积分，就可得到运动体的速度；测量运动体的位移信号，并将其对时间微分，也可以得到速度，这两种方法完全相同。利用该方法典型实例是振动测量中，利用加速度计测量振动体的加速度振动信号经电路积分获得振动速度；应用振幅计测量振动体位移信号再进行微分得到振动的速度。3）利用物理参数测量速度利用速度大小与某些物理

6、量间的已知关系间接地测量物体运动的速度。如：电动式速度传感器和电磁式速度传感器。电动式速度传感器的结构原理如右图所示，它由轭铁、永久磁铁、线圈及支承弹簧等组成。永久磁铁和轭铁产生一个均匀磁场，线圈安装在这个磁场中。根据电磁感应定律，穿过线圈的磁通量随时间发生变化时，在线圈两端将产生与磁通量的减少速率成正比的电压，即如果传感器中的线圈沿与磁场垂直方向运动，在线圈中便可产生与线圈速度成正比的感应电压，由此可从输出电压中测得速度。这种传感器的灵敏度与磁通密度、线圈的匝数及其展开面积的乘积成正比。但线圈的面积越大，传感器的体积也越大，且会使其动态特性变坏。当接入负载电阻时，线圈位移产生的电流

7、会产生与磁场作用的反作用力，这种反作用力可用在测量中起阻尼作用。该型传感器的测量范围为。电磁式速度传感器的结构原理如右图所示，它由永久磁铁和线圈等构成。永久磁铁和运动物体相连，线圈处于固定状态。根据电磁感应定律，当永久磁铁从线圈旁边经过时，线圈便会产生一个感应电势，如果磁铁经过的路径不变，那么这个感应脉冲的电压峰值与磁铁运动的速度成正比。因此，可以通过这个脉冲电压的峰值来确定永久磁铁的运动速度。将永久磁铁固定在被测物体上，即可测得物体的运动速度。转速测量数