速度转速和加速度测量

速度转速和加速度测量Contents7.1

Overview7.2MeasurementofVelocity7.3MeasurementofAcceleration7.4VibrationtestChapterSeven

Measurementofvelocity,accelerationandvibration7.1

OverviewMeasurementofvelocityandaccelerationforvehicle,train,ship,plane,etc，andthatoftheirmovingattitudeRotationalvelocityforoutputshaftspeedofengineandgeneratorVelocityofrolledplate,strip,bar,

tubingmaterialMeasurementofvibrationforlargedevicesandengineeringApplicationsininertial

navigation7.1

OverviewVelocity：avectorwhichshowsthedirectionandrateofmotion.物体直线运动时单位时间内的位移量，m/sAcceleration：avectorwhichshowsthedirectionandmagnitudeofchangesinvelocity.物体运动时单位时间内的速度增量，m/s2RotationalVelocity：物体运动时单位时间内的转数，r/minAngularVelocity：物体单位时间内转过的角度，rad/sContents7.1

Overview7.2MeasurementofVelocity7.3MeasurementofAcceleration7.4VibrationtestChapterSeven

Measurementofvelocity,accelerationandvibration

7.2MeasurementofVelocity

Frommotionform：measurementoflinearvelocity(线速度)

andangularvelocity(角速度)Fromreference:measurementofabsolutevelocity(绝对速度)

andrelativevelocity(相对速度)Fromnumericalfeature:measurementofaveragevelocity(平均速度)

andinstantaneousvelocity(瞬时速度)Theaveragevelocityofanobjectisthetotaldisplacementduringsomeextendedperiodoftime,dividedbythatperiodoftime.Averagevelocitymethod

光束切断法(短距离平均速度法)AveragevelocitymethodCorrelationvelocitymeasurementAveragevelocitymethodCorrelationvelocitymeasurementStronganti-interferenceabilityandmakethemeasurementundercomplexinterferenceconditions

.Application:measurementofplane,ship,androllingmillstrip,etc.Inprinciple,twosensorsissetinthedirectionofvelocityofamovingobject,andthevelocitycanbemeasuredusingcross-correlation

principle.AveragevelocitymethodAveragevelocitymethod

Spatialfiltervelocitymeasurement(空间滤波器测速法)利用可选择一定空间频率μ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得相应的时间频率f，求得运动体的运动速度。Lvμ＝N／L

f＝N／t0

PitotTubevelocitymeasurementBernoulli'sequationofidealincompressiblefluid理想不可压缩流体在重力场中作定常流动时，具有三种形式的能量：位势能、压力势能和动能，在流线上任何一处三者能量之和保持恒定。v2,p2z1z2v1,p1PitotTubevelocitymeasurementMeasuringprinciple误差来源：皮托管的方向与流体方向不对准；皮托管直径不为零，静压孔实际静压力降低；流体受皮托管的滞止，使滞止点上游的静压力增大。

PitotTubevelocitymeasurement全静压管静压孔距前端不小于8倍管径，可减小头部激波对静压的影响；静压孔上部4个，下部6个，两侧没有，可在大仰角飞行时减小静压误差；装有加温装置，防止在高空飞行时结冰PitotTubevelocitymeasurement飞机空速表开口膜盒（指示空速）真空膜盒（真空速）当外界气温T实与该气层标准气温T标不等时，应按下式进行修正：PitotTubevelocitymeasurement皮托管测速装置利用了流体速度和流体动压力之间的关系；在测量时直接测量的是压力，然后再计算出速度，属于间接测量；测量了运动物体和流体的相对速度。皮托管装置的结构坚固耐用，稳定可靠。DopplervelocitymeasurementDopplereffectDopplervelocitymeasurementDopplervelocitymeasurement多普勒测速的优点：用光的波长作基准，精度高；光电探测器输出频率信号，抗干扰能力强。DopplervelocitymeasurementBackscatteringDopplervelocitymeasurement光源与光电探测器放置于运动物体的一侧，仪器设计时结构紧凑DopplervelocitymeasurementBackscatteringdifferenceDopplervelocitymeasurementDopplervelocitymeasurementDifferenceDopplervelocitymeasurementForthebeamO1ForthebeamO2Frequencydifferenceisnotconcernedwiththepositionofphoto-electricdetector,anditmeasuresinanydirection.可使用大口径的接收透镜，使粒子散射的光能量极大地被利用，提高信噪比。DopplervelocitymeasurementOptical

fibre

Dopplervelocitymeasurementofblood

探头体积小，便于调整测量位置，可以深入到难以测量的角落；抗干扰能力强，可在高电压、强电磁感应等环境中使用。密封型的光纤探头可直接放入液体中使用。DopplervelocitymeasurementSatellitetrackingsystem电磁波多普勒效应GyroscopeangularvelocitymeasurementStructureofgyroscope2-DOFgyroSingle-DOFgyroGyroscopeangularvelocitymeasurementSupportmodeofgyroscope液浮陀螺仪气动陀螺仪静电陀螺仪挠性陀螺仪GyroscopeangularvelocitymeasurementBasiccharacteristicsofgyroscopeGyroscopicinertia(定轴性)：当陀螺仪的转子高速旋转时，如果不受任何外加力矩的作用，其主轴将稳定地保持在惯性空间初始方向上，这种特性称为陀螺仪定轴性或者稳定性。角动量H越大，摩擦力矩越小，则主轴方向越稳定。GyroscopeangularvelocitymeasurementBasiccharacteristicsofgyroscopeGyro-precession(进动性)：当转子高速旋转时，如果外加力矩M作用在陀螺仪的某一框架旋转轴上，迫使主轴绕另一框架的轴旋转，主轴以最短的途径向外力矩的方向靠拢。在实际使用中如果内框架和外框架重合，陀螺仪将会失去了一个自由度，这种情况被称为“环架自锁”。陀螺的进动是没有惯性滞后Gyroscopeangularvelocitymeasurement微分陀螺仪角速度测量GyroscopeangularvelocitymeasurementFibre-optic

gyroscopeInventedwithSagnaceffect光纤陀螺对角速度的敏感轴是单轴，常使用三个或四个光纤陀螺构成惯性测量组合VelocitymeasurementusingtimingmethodRotationspeedmeasurementMeasuringmethodExpressedbyrevolutionperminute.Thatisr/minBymeasuringprinciple:模拟法计数法同步法Bytransformingmode：机械式电气式光电式频闪式Centrifugaltachometer离心式转速表具有测量结果显示直观、成本低、运行可靠、坚固耐用等优点，故在生产、维修现场使用较多。但是离心式转速表的测量原理简单，测量精度相对较低。Photoelectrictachomer接触式非接触式Magnetoelectrictachometer随着转速下降输出感应电动势的幅值也随之减小，当转速低到一定程度时，电压幅值将会无法检测出来。这种传感器不适合于低转速测量。StroboscopictachometerStroboscopiceffect(频闪效应)物体在人的视野中消失后，人眼视网膜上能在一段时间内保持视觉印象，即视后暂留现象。其维持时间，在物体平均亮度条件下，约为(1/5~1/20)s的范围。Measuringprinciple用一个频率连续可调的闪光灯照射被测旋转轴上的某一固定标记(如齿轮的齿，圆盘的辐条或在旋转轴上涂以黑白点)，并调节闪光频率f，直到旋转轴上出现一个单定像为止，即达到n=f的条件，这时便可以从电子计数器或圆刻度盘上读出被测的转速值。StroboscopictachometerMeasuringmethod被测转速n与闪光频率n0相同，或者n为n0的整数倍时，都会出现单定像若已知被测转速的范围是n～n'，则首先将闪光频率调到大于n'，然后从高频逐渐下降，第一次出现单定像的闪光频率等于被测转速若被测转速的频率范围无法估计，则调整闪光频率，记录下连续出现两次单定像的闪光频率n1和n2，设n1>n2，则Contents7.1

Overview7.2MeasurementofVelocity7.3MeasurementofAcceleration7.4VibrationtestChapterSeven

Measurementofvelocity,accelerationandvibration

7.3MeasurementofAcceleration

Measuretheloadofmechanicalsystembytestingitsacceleration.防止损坏或提供控制指标Vehicle：防撞气囊、警报器

Accelerometer-basedmouseMobilephoneSomatic

game(体感游戏7.3MeasurementofAcceleration

Measuremotionstateofanobjectbytestingitsacceleration,suchasinertialnavigation

systemBasicprincipleofaccelerationmeasurementMeasurementofaccelerationismadebydetectingthedisplacementbetweenthemassblockandthebase.Accelerationcanbegotbymeasuringinertialforce.质量块通过连接的阻尼器和弹簧感受到加速度的变化，质量块会受到与加速度成比例的惯性力的作用，通过检测惯性力可以实现加速度的测量Displacement-basedaccelerationmeasurementPiezoelectricaccelerometerMagnetoelectricinductionaccelerometerCapacitive

accelerometerMEMS电容加速度计Inertial

force-basedaccelerationmeasurementServoaccelerometerWorkingprinciple：closed-looptestsystembasedforce-balanc