速度转度加速度测量.ppt
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1、速度转度加速度测量现在学习的是第1页,共65页速速 度度 测测 量量速度测量线速度测量(m/s,km/h)角速度测量(rad/s)转速测量(转/分)Rotary speed:revolutions per minute(r.p.m.),nAngular Velocity:Linear Velocity:v现在学习的是第2页,共65页测量原理分类:1.时间、位移计算测速:根据线速度的定义,可以从物体在一定时间内移动的距离或者从物体移动一定距离所需的时间求得,这种方法只能求某段距离或时间的平均速度。s越小,越接近瞬时速度。u光束切断法u相关法u空间滤波器法现在学习的是第3页,共65页3.利用物理参
2、数测量:多普勒效应、流体力学定律、电磁感应原理4.加速度积分法和位移微分法2.角速度和线速度的相互转化。5.陀螺测速法现在学习的是第4页,共65页1、光束切断法v非接触式测量,测量精度较高。图1光束切断式速度测量现在学习的是第5页,共65页 原理:利用随机过程互相关函数确定运动时间的方法;组成:两个相距为L的相同的传感器,如光电传感器、超声波传感器、电涡流传感器等;检测:表面粗糙度、表面缺陷、表面标记等;处理:在测量条件基本相同的情况下,y(t)的波形和x(t)是相似的,只是时间上推迟了t0(=L/v),即要求出t0。2、相 关 法现在学习的是第6页,共65页图3相关测速原理图其物理含其物理含
3、义是是x(t)x(t)延延迟t to o 后成后成x(tx(tt t0 0),其波形将和,其波形将和y y(t t)几)几乎重叠,因此互相关乎重叠,因此互相关值有最大有最大值。现在学习的是第7页,共65页3、空间滤波器法v空间滤波器件与被测物体同步运动,测定单位空间内信号的时间频率;v空间滤波器:栅板,在空间长L内有N个等距栅缝,当栅板的移动速度为v,移动距离L的时间为t0v空间频率:(单位空间长度内变化次数)v时间频率:v速度:现在学习的是第8页,共65页可用于生产过程中的塑料板带、布、钢板带等速度检测。注意测量辊与被测物之间的滑移所造成的测量误差。4 4、接、接 触触 辊 法法 特点:应用
4、最广泛的一种方法。方法:把旋转辊轮(测量辊)接触在行进的物体上,被测物体以速度v行进并带动测量辊转动,由测量辊的转速和周长求得物体的行进速度。现在学习的是第9页,共65页5、皮托管测速法皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞行体的测速。在测量时,只要把皮托管对准流体流动的方向,使内管顶端(滞止点)能感受全压力pt,而具有静压孔的外管感受静压力ps即可。现在学习的是第10页,共65页(一)(一)皮托管的结构皮托管的结构标准皮托管用两根不同内径管子标准皮托管用两根不同内径管子同心套接而成,内管通直端尾接同心套接而成,内管通直端尾接头,是全压管,外管通侧接头,头,是全压管,外管通侧接头
5、,是静压管。是静压管。现在学习的是第11页,共65页现在学习的是第12页,共65页(二)皮托管测速原理(二)皮托管测速原理动压(动压(Pv)静压(静压(Ps)全压全压(Pt)现在学习的是第13页,共65页修正后的流速公式:修正后的流速公式:为皮托管系数,由实验标定。一般在0.991.01之间。现在学习的是第14页,共65页 (三)(三)测量误差分析测量误差分析总压孔直径:总压孔直径:d=0.5D静压孔直径:静压孔直径:d1=0.12D静压孔距端部距离:静压孔距端部距离:34D静压孔离支杆距离:静压孔离支杆距离:810D 皮托管头部和支杆对流场的影响皮托管头部和支杆对流场的影响1、皮托管的形状影
6、响、皮托管的形状影响现在学习的是第15页,共65页 2、皮托管偏离特性的影响、皮托管偏离特性的影响结论:结论:皮托管方皮托管方向要正对向要正对流体流向流体流向。现在学习的是第16页,共65页现在学习的是第17页,共65页 6 6、多普勒测速、多普勒测速v多普勒效应:当波源和反射体或散射体之间存在相对运动时,接收到的反射波频率与入射波频率之间存在正比于物体运动速度的频率偏移,这种现象叫光学多普勒效应,是奥地利学者多普勒于1842年发现的。v多普勒效应不仅适用于声波,也适用于光波和电磁波。v反射波频率和入射波频率偏移叫多普勒频移;现在学习的是第18页,共65页P静止时,入射光频率为:(Appare
7、ntfrequency)若P点以速度v远离光源,光源与P之间的相对速度为对光电探测器来说,P点速度为则对P点来说入射光的视在频率为:散射光的频率为:现在学习的是第19页,共65页后向散射型多普勒测速原理 从入射光束方向看,后向散射是指接收散射光束的光电检测器位于被测物体后面。多普勒频移为:v2现在学习的是第20页,共65页电磁波的传播同样有多普勒特性。当一个发出固定频率的波的物体,相对于观察点有相对运动时,在观察点收到的频率随着它们的相对速度而变化。当当物物体体向向着着观观察察点点接接近近时时,波波长长变变短短,频频率率变变高高;而而远远离离观观察察点点时时,波波长长变变长长,频频率率变变低低
8、。这样通过频率的变化就能计算出卫星的高度、速度和方位。若用此法连续测量,就可得到精确的卫星实际轨道数据。2、思考:超声多普勒法是怎样测量血液流动的、思考:超声多普勒法是怎样测量血液流动的?多普勒测速仪应用实例多普勒测速仪应用实例1 1、卫星跟踪测轨系统、卫星跟踪测轨系统现在学习的是第21页,共65页 利用多普勒效应制成的仪器有激光多普勒测量仪、超声多普勒测量仪等,具有精度高、非接触、不扰乱流场、响应快、空间分辨率高、使用方便的特点,广泛用于流速测量、工业中钢板、铝材测量、医学中血液循环监测、医学诊断等。非接触测量可以克服由于机械磨损和打滑造成的测量误差。现在学习的是第22页,共65页7、陀螺仪
9、测角速度(gyroscope)陀螺仪的基本功能是敏感角位移和角速度。在航空、航海、航天、军事以及其它一些领域中,有着十分广泛的应用。现在学习的是第23页,共65页二自由度陀螺仪二自由度陀螺仪陀螺陀螺陀螺陀螺仪主主轴二自由度陀螺作用原理二自由度陀螺作用原理H陀螺绕主轴转动角动量Js陀螺转子的转动惯量陀螺转子的转速一般为120001200024000r/min24000r/min现在学习的是第24页,共65页(1)当二自由度陀螺底座绕垂直于X轴,且与Z轴成 角的轴以角速度 旋转时,则将有陀螺力矩Mg作用于框架上,陀螺力矩Mg为:二自由度陀螺特性:二自由度陀螺特性:(3)如果外加力矩M绕X轴作用在陀
10、螺上,则陀螺框架将绕X轴转动,其角加速度满足:(2)二自由度陀螺底座绕Z轴或X轴旋转,不会产生陀螺力矩;现在学习的是第25页,共65页(2)微分陀螺仪测角速度作用原理微分陀螺仪测角速度作用原理 微分陀螺仪原理图微分陀螺仪原理图现在学习的是第26页,共65页(1)陀螺力矩Mg(2)弹性力矩My(3)阻尼力矩Md(4)惯性力矩Mj现在学习的是第27页,共65页v(5)摩擦力矩Mf,假设为常数。运动达到平衡时,运动达到平衡时,现在学习的是第28页,共65页三自由度陀螺仪三自由度陀螺仪特性:特性:定定轴性性进动性性无无惯性性现在学习的是第29页,共65页Sagnac效应:将同一光源发出的一束光分解为两
11、束,让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合,然后在屏幕上产生干涉。条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比。光纤陀螺作为一种新型陀螺仪,其工作原理是基于萨格格纳克(克(SagnacSagnac)效)效应现在学习的是第30页,共65页 在上图中,设直径为D的单匝光纤线圈绕垂直于自身的轴以角速度顺时针方向旋转时,从环形光路的P点分别沿顺时针(CW)、逆时针(CCW)发射两路光波。当=0时,P点和P点重合,两束光绕环形光路一周的穿越时间相同;当 0时,入射点P和P在空间的位置将不再重合,顺时针光束绕环形光路的穿越时间TCW为:Vf光在光纤线圈中的传播速度;C 真空中的光速;n 光纤材
12、料的折射率。现在学习的是第31页,共65页 同样逆时针光束绕环形光路的穿越时间TCCW为:旋转的光束绕光纤线圈一周的穿越时间差T 为:一般现在学习的是第32页,共65页 假设一个光纤陀螺具有N匝光纤线圈,光学路径长度 。与穿越时间差对应的两光束相移 为:其中S称为Sagnac相移,、f分别为光波的角频率和频率,为光波在真空中的波长,KS为光纤陀螺的Sagnac刻度系数。可以看出,提高此种光纤陀螺仪输出灵敏度的途径在于加大D和增加光纤线圈的匝数N。现在学习的是第33页,共65页 光纤陀螺仪诞生于1976年,发展至今已成为当今的主流陀螺仪表。由于其轻型的固态结构,使其具有可靠性高、寿命长,能够耐冲
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