东南大学-交通基础设施检测技术课件-第4章--运动量测量技术.ppt

第4章 运动量测量技术 4.1 位移测量 4.2 速度测量 4.3 加速度测量 4.4 惯性测量 ?4.1位移测量 运动量是描述物体运动的量，包括位移、速度和加速度。 运动量是最基本的量，运动量测量是最基本、最常见的测量，它是许多物理量，如力、压力、温度、振动等测量的前提，也是惯性导航、制导技术的基础。 4.1.1 位移测量方法 位移测量包括线位移测量和角位移测量。位移测量的方法多种多样，常用的有下述几种。 （1）积分法 （2）回波法 （3）线位移和角位移相互转换 （4）位移传感器法 （1）积分法 测量运动体的速度或加速度，经过积分或二次积分求得运动体的位移。 例如在惯性导航中，就是通过测量载体的加速度，经过二次积分而求得载体的位移。 （2）回波法 从测量起始点到被测面是一种介质，被测面以后是另一种介质，利用介质分界面对波的反射原理测位移。 例如激光测距仪、超声波液位计都是利用分界面对激光、超声波的反射测量位移的。相关测距则是利用相关函数的时延性质，将向某被测物发射信号与经被测物反射的返回信号作相关处理，求得时延τ，从而推算出发射点与被测物之间的距离。 （3）线位移和角位移相互转换 被测量是线位移时，若测量角位移更方便，则可用间接测量方法，通过测角位移再换算成线位移。 同样，被测量是角位移时，也可先测线位移再进行转换。 例如汽车的里程表，是通过测量车轮转数再乘以周长而得到汽车的里程的。 （4）位移传感器法 通过位移传感器，将被测位移量的变化转换成电量（电压、电流、阻抗等）、流量、光通量、磁通量等的变化。位移传感器法是目前应用最广泛的一种方法。 一般来说，在进行位移测量时，要充分利用被测对象所在场合和具备的条件来设计、选择测量方法。 4.1.2 常用的位移传感器 在很多情况下，位移可以通过位移传感器直接测得。 用于线位移测量的传感器的种类很多，较常见的线位移传感器的主要特点及使用性能列于表4.1中。 表4.1 常用线位移传感器的性能与特点 表4.2部分测量角位移的传感器的性能及特点。 4.2 速度测量 4.2.1 速度测量方法 速度测量分为线速度测量和角速度测量。 线速度的计量单位通常用m/s（米/秒）来表示。 角速度测量分为转速测量和角速率测量。转速的计量单位常用r/min（转/分）来表示，而角速率的计量单位则常用°/s（度/秒）或°/h（度/小时）来表示。 常用的速度测量方法有下述几种： 微积分法 线速度和角速度相互转换测速法 速度传感器法 时间、位移计算测速法 （1）微积分法 对运动体的加速度信号a进行积分运算，得到运动体的运动速度，或者将运动体的位移信号进行微分也可以得到运动体的速度 例如在振动测量时，应用加速度计测得振动体的振动信号，或应用振幅计测得振动体的位移信号，再经过电路进行积分或微分运算而得到振动速度。 （2）线速度和角速度相互转换测速法 线速度和角速度在同一个运动体上是有固定关系的，这和线位移和角位移在同一运动体上有固定关系一样。在测量时可采取互换的方法测量。 例如测火车行驶速度时，直接测线速度不方便，可通过测量车轮的转速，换算出火车的行驶速度。 （3）速度传感器法 利用各种速度传感器，将速度信号变换为电信号、光信号等易测信号。 速度传感器法是最常用的一种方法。 （4）时间、位移计算测速法 这种方法是根据速度的定义测量速度，即通过测量距离L和走过该距离的时间t，然后求得平均速度。L取得越小，则求得速度越接近运动体的瞬时速度。 如子弹速度的测量，运动员百米速度的测量等。 根据这种测量原理，在固定的距离内利用数学方法和相应器件又延伸出很多测速方法，如相关测速法、空间滤波器测速法。 4.2.2 常用的速度测量传感器表4.3 常用速度传感器性能与特点 表4.4 常用角速率传感器性能与特点 4.2.3 弹丸飞行速度的测量 弹丸速度，是枪炮威力性能的重要指标，是研究无控火箭密集度的重要参数。 弹丸飞行速度测量目前常采用时间位移计算测速法和多卜勒雷达测速法。 1.时