运动速度和转速的测量.pdf

第 3 章　运动速度和转速的测量 通过本章的学习，你将能够： 瞯　了解速度和转速的测量方法。 瞯　熟悉多普勒效应和相关原理。 瞯　掌握霍尔传感器和光电传感器的工作原理及特点。 瞯　正确选用相应的传感器对速度和转速进行测量。 小位移振动速度的测量已在第２章中介绍，本章主要讨论大位移运动速度和转速的测量。 3畅1　运动速度的测量 3畅1畅1　激光多普勒测速 当波源或观察者相对于介质运动时，观察者所接收到的波的频率不同于波源的频率，这种现 象称为光或声的多普勒效应。 不论是波源运动，或是观察者运动，或是两者同时运动，只要两者 互相接近，接收到的频率就高于原来波源的频率；两者互相远离，接收到的频率则低于原来波源 的频率。 由多普勒效应而引起的频率变化数值称为多普勒频移值。 光波的多普勒效应是一种物理现象，如图３畅１所示，由于物体 反射表面的运动速度v 使光束A′、B′的光程较原来物体表面静止时 的光束A、B 的光程缩短ｄL ，有关系式 ｄL ＝NO ＋OM ＝２vｄtｃｏｓ θ （３畅１） 由此引起的频率漂移 １ ｄL ２vｃｏｓ θ f ｄ ＝ ＝ （３畅２） λｄt λ 式中，θ为光线入射角；λ为光源波长。 即由于物体反射表面运动速度而引起光波的频率漂移与光源 图３畅１　光波的多普勒效应 波长及物体反射表面运动速度的大小和方向有关。 当光源波长和入射方向一定时，频率漂移与 速度成正比。 如果入射光线垂直于反射表面，则有 ２v f ｄ ＝ （３畅３） λ 　　激光多普勒测速的方法是：激光作为光源照射运动物体，由于多普勒效应，被物体反射或散 射的光的频率发生变化。 把频率发生变化的光与原光拍频（求频率差的绝对值），得到频率漂移 56 f ，此信号经光电器件转换，即可得到与物体运动速度成正比的电信号。 ｄ 多普勒效应测速的特点是精度高，测量范围宽，用激光可测 １ｃｍ／ｈ 的超低速至超音速，属于 非接触测量，但装置较复杂，成本较高。 3畅1畅2　相关法测速 相关法测量运动物体的线速度是基于相关原理，即当两个平稳的随机信号u （t）和u （t）的 １ ２ T １ 波形完全一致时，其互相关函数 u （t）u （t －τ）ｄt（其中T 为有限平均时间，τ为延迟时间） １ ２ ０ ０ ∫ T ０ 获得极大值。 测量时，在固定间距为s 的两处安置两个特性相同的传感器，如光电式传感器（或 电容式传感器，或超声波发射和接收传感器等），分别接收所在位置物体运动时的随机信号。 当 后一个传感器接收的信号波形与前一个相似时，信号则延迟了 τ，由此测出两信号互相关函数 ０ 取极大值的延迟时间τ，即可求得运动物体的线速度： ０ l