《电子测量技术》课件_第10章.pptx

第10章非电量的测量;

一个完整的非电量测量系统一般包括信息的获取、转换、显示处理等几个部分,其组成如图10.1所示。;

非电量检测的方法依据传感器转换原理的不同而有不同的分类。归纳起来,主要划分为以下几类:

(1)电磁检测:包括电阻式、电感式、电容式、磁电式、热电式、压电式、谐振式等。

(2)光学检测:包括光电式、激光式、红外式、光栅式、光纤维式、光学编码器等。

(3)超声波检测。

(4)同位素检测。

(5)微波检测。

(6)电化学检测。;

10.1距离与位移的测量;

10.1.1距离与位移的测量方法

位移是矢量,它表示物体上某一点在一定方向上的位置变化。对位移的度量,应使测量方向与位移方向重合,这样才能真实地测量出位移量的大小。位移测量的方法多种多样,常用的方法有以下几种:

(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。

(2)相关测距法:利用相关函数的时延性质,向某被测物发射信号,将发射信号与经被测物反射的返回信号做相关处理,求得时延τ,若发射信号的速度已知,则可求得发射点与被测物之间的距离。;

(3)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。

(4)线位移和角位移相互转换测量法:被测量是线位移,若检测角位移更方便,则可用间接方法,先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。

(5)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,间接测位移。根据传感器的转换结果,可分为两类:一类是将位移量转换为模拟量,如电感式位移传感器、电容式位移传感器;另一类是将位移量转换为数字量,如光栅位移传感器等。;

10.1.2常见的位移传感器

表10.1给出了常见位移传感器的主要特点和性能。;

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10.1.3超声波测距仪简介

超声波测距是一种非接触式的测量方式。超声波的指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远。与电磁或光学方法相比,超声波测距技术不受光线、被测对象颜色等的影响,具有在黑暗、灰尘、电磁干扰等恶劣环境下正常工作的能力,因此在液位、机械控制、导航、物体识别等方面有着广泛应用。;

1.超声波测距原理

超声波是指振动频率大于20kHz的机械波。通过超声波发射装置发出超声波,根据接收器接到超声波时的收发时间差就可以知道超声波发射端到被测物之间的距离,这与雷达测距原理相似。超声波测距的原理如图10.2所示。;

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已知声速为v,若能测出第一个回波到达时刻与发射时刻间的时间差Δt,利用公式

即可算得传感器与反射点间的距离s,测量距离为;

当超声波发射器与接收器距离很近,即s?h时,则d≈s。当收发传感器同体时,h=0,则

常温常压下,空气近似为理想气体。超声波在理想气体中的传播速度为;

超声波测距的误差为;

2.超声波测距仪结构

超声波测距仪由超声波发射传感器、发射驱动电路、超声波接收传感器、接收处理电路、回波信号处理电路和单片机控制电路等部分组成,系统框图如图10.3所示。;

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10.1.4激光雷达

基于回波法的测量原理,超声波可用于距离测量。基于同样的原理,无线电波(以毫米波为主)、激光也被广泛应用于雷达探测中,实现对目标距离、方位、高度、速度、姿态、形状等参数的测量,其测量距离更远、分辨率和精度更高。;

激光雷达采用了频率更高、波束很窄的激光束作发射信号源,因此带来了很多优点,主要有:

(1)分辨率高。

(2)隐蔽性好、抗有源干扰能力强。

(3)低空探测性能好。

(4)探测进度快、可同时跟踪多个目标。

(5)体积小、质量轻。

激光雷达也存在着一定的不足,主要是工作时受天气和大气影响较大。;

10.2速度、转速与加速度测量;

10.2.1常用的速度测量方法

(1)加速度积分法和位移微分法:对运动体的加速度信号进行积分运算,即可得到运动体的运动速度,或者对运动体的位移信号进行微分也可以得到其速度。

(2)线速度和角速率相互转换测速法:与线位移和角位移在同一运动体上有固定关系一样,线速度和角速率在同一个运动体上也有固定关系,可采取互换的方法测量。

(3)速度传感器法:利用各种速度传感器,将速度信号转换为电信号、光信号等易测信号进行测量。速度传感器法是最常用的一种方法。

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(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,即通过测量距离和走过距离的时间,然后求得平均速度。测量时间越短,测得的平均速度越接近瞬时速度。根据这种测量原理,在固定的距离内利用数学方