利用数字化速度记录实时仿真位移与加速度时程
利用数字强震仪记录实时仿真地动速度
地 震 工 程 与 工 程 振 动
EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION
文章编号 :100021301 (2004) 012 00492 06
Vol. 24 ,No. 1 Feb. 2004
目 作者简介 :金星 (1960 - ) ,男 ,研究员 ,博士 ,主要从事地震工程方面研究.
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地 震 工 程 与 工 程 振 动 24 卷
TriNet 强震台网 ,曾对实时计算速度 、位移及 Wood - Anderson 地震图等问题做过研究 ,但是其计算精度和相 位仍存在问题 。刘瑞丰等[3] (1997) 曾用傅里叶分析方法对地震仪器的仿真进行过研究 ,显然这是一频域方 法 ,不适合实时计算 。从测震学的角度讲 ,利用强震记录恢复速度时程问题可以归结为速度地震仪的仿真问 题 ,地震仪的原理从动力学的观点可以归结为计算单自由度系统的地震反应 。作者在总结研究计算单自由 度系统四种时域方法即中心差分 、Newmark 方法 、Z 变换方法和 Duhamel 逐步积分法的共同特征后 ,提出了一 套计算单自由度系统地震动力反应的时域递归方法[1] 。在此基础上 ,马强等[4] (2003) 对这套公式进行了系 统的研究 ,提出了相对位移反应公式中确定δ的方法 ,数值计算结果表明 ,这套公式中计算相对位移和相对 加速度的精度都很高 ,但计算相对速度的精度却较低 。因此 ,本文首先对相对速度的计算问题进行分析研 究 ,提出了新的递归计算公式 ,提高了精度 ,其次利用地震仪的原理 ,对利用加速度记录仿真得到速度记录问 题进行了研究 ,研究结果可广泛应用于地震监测 。
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b1 x k - (3/ 2) + b2 x k - (5/ 2) -
1、DIS测定位移和速度加速度
用DIS测定位移和速度实验目的：研究变速直线运动物体的s－t图，并从中求物体的位移和速度。
实验原理：v=s/t实验器材：小车、1m长的轨道、DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等）。
实验过程：1．实验装置如图所示，将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做变速直线运动），将接收器与数据采集器相连，连接数据采集器与计算机。
2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定位移和速度”，界面如图所示。
3．点击“开始记录”，放开小车使其运动。
计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在s－t图中将出现对应的数据点，如图所示。
从点的走向可大致看出小车位移随时间变化的规律。
点击“数据点连线”得到位移随时间变化的曲线。
用DIS测变速直线运动的平均速度按照前述学生实验的步骤，使载有位移传感器发射器的小车做变速直线运动，获得如图所示的s－t 图。
点击“选择区域”，先后将AD、AC、AB选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数值，并将数值填入表，这就是相应区域的平均速度。
注意事项：在测平均速度时应选用位移传感器，实验时轨道略有倾斜，让小车加速下滑从而得到相应的s-t图象。
然后点击不同的“选择区域”得到相应的平均速度值，可以发现选取不同的时间段得到的平均速度值往往是不同的。
增大轨道倾角并重复实验，可发现同样的时间段内的平均速度值会增大。
用DIS测定变速直线运动的瞬时速度实验过程1．实验装置如图所示，在小车的中心位置上固定挡光片，将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。
2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定瞬时速度”，界面如图。
3．点击“开始记录”，依次将与软件中Δs对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。
数字化仿真基础知识点总结
数字化仿真基础知识点总结数字化仿真(Digital Simulation)是通过运用计算机技术和数学模型，模拟实际系统的运行过程，以便对其进行分析、优化和预测的一种技术手段。
数字化仿真既可以用于工程设计、生产过程优化，也可以用于演练、教育和娱乐等领域。
本文将从数字化仿真的基础知识出发，介绍数字化仿真的定义、分类、方法和应用等方面的内容，希望能够对读者有所启发。
一、数字化仿真的定义数字化仿真是利用计算机技术和数学模型，对实际系统的运行过程进行模拟，以便对其进行分析、优化和预测的一种技术手段。
数字仿真可分为离散仿真和连续仿真两大类。
离散仿真是对系统中各离散事件（如交通流量、生产任务等）进行模拟，而连续仿真是对系统中各连续变化量进行模拟。
二、数字化仿真的分类数字化仿真可以按照仿真的目的、仿真的对象以及仿真的工具等不同角度进行分类。
1. 按照仿真的目的分类数字化仿真可以分为训练仿真、设计仿真、决策仿真三种类型。
训练仿真是在实际操作之前，通过数字化仿真技术对操作者进行系统的培训。
设计仿真是利用数字化仿真对产品的各种性能参数进行测试和评估。
决策仿真侧重于通过仿真技术，对不同方案进行评估和比较，以便进行决策。
2. 按照仿真的对象分类数字化仿真可以分为实时仿真、离线仿真两种类型。
实时仿真通常用于模拟实际系统的运行过程，以便对其进行监控和优化。
离线仿真主要用于对系统在不同工况下的性能进行分析和评估。
3. 按照仿真的工具分类数字化仿真可以分为连续仿真和离散仿真。
连续仿真主要应用于对系统中各连续变化量进行模拟。
离散仿真主要应用于对系统中各离散事件进行模拟。
三、数字化仿真的方法数字化仿真的方法主要包括建模、仿真、评估和优化四个步骤。
1. 建模建模是数字化仿真的第一步。
建模的目的是将实际系统的特性用数学模型进行描述。
建模的过程中，需要考虑系统的结构、功能和特性等因素，选择合适的建模方法和工具。
常用的建模方法包括系统动力学建模、离散事件建模、连续系统建模等。
高中物理备课参考 现代实验技术——数字化信息系统(DIS)
D 现代实验技术——数字化信息系统（DIS）学习目标1．知道数字化信息系统（DIS），会用DIS测量运动物体的位移、平均速度和瞬时速度。
2．通过实验探究，学会利用DIS应用软件测定位移和平均速度，并经历探究瞬时速度的测量过程。
3．初步体验信息技术在物理测量中的优点，感悟其应用价值。
知识详解知识点一：数字化信息系统（DIS）1.测量的组成部分2.数字化信息系统（DIS）的基本结构3.DIS实验系统的使用用DIS实验系统的位移传感器测位移用DIS实验系统测速度例：“DIS”实验即“数字化信息系统”实验，以下四幅照片中“用DIS测变速直线运动瞬时速度”的实验装置图是；“用DIS测定加速度”的实验装置图是（选填照片下对应的字母）答案：DC解析：“用DIS测变速直线运动瞬时速度”的实验装置图是D．挡光片通过光电门平均速度代替滑块通过光电门的瞬时速度“用DIS测定加速度”的实验装置图是C．本实验采用了位移传感器，代替了打点计时器，用DIS可以测小车的加速度知识点二：探究实验1.用DIS研究变速直线运动的s-t图实验目的：研究变速直线运动物体的s-t图，并从中求物体的位移和速度。
实验器材：1m长的轨道、DIS（1）按图连接装置（2）开启电源，运行DIS应用软件（3）点击开始记录，获得数据点；点击“数据点连线”获得位移随时间变化的曲线。
2.用DIS测变速直线运动的平均速度在前面实验的基础上，点击“选择区域”，先后选定不同的区域，获得平均速度。
例：DIS是我们对数字化信息系统的简称．图形计算器实验系统是一种由、与图形计算器组合起来，共同完成对物理量测量的装置．这种装置的特点是，计算机辅助实验系统是一种将传感器、数据采集器和，组合起来，共同完成对物理量测量的装置，这种系统的特点是答案：传感器、数据采集器，器件轻小、便于携带、在野外也能使用，计算机，数据容量较大、像素多、屏幕大、图形清晰，能显示难以观察的过程，缺点是携带不便。
车辆速度轨迹数据计算加速度的公式
车辆速度轨迹数据计算加速度的公式1 引言车辆速度轨迹数据是对车辆运行状态的重要描述。
除了车速之外，还可以根据车辆速度轨迹数据计算出车辆的加速度。
加速度是指速度的变化率，它反映了车辆运动状态的变化。
在汽车行驶控制、车辆故障诊断等方面有着广泛的应用。
本文将介绍车辆速度轨迹数据计算加速度的公式以及其应用。
2 轨迹数据的采集和处理车辆速度轨迹数据的采集可以通过传感器和GPS等手段实现。
传感器可以直接感知车辆的运动状态，比如通过测量车辆的加速度、角速度、角度等，来判断车辆的运动状态。
GPS则可以通过卫星信号来定位车辆的位置和速度。
这两种方式都可以用来获得车辆速度轨迹数据，但是传感器的精度更高，适用于需要更精细、更准确的数据需求。
在得到车辆速度轨迹数据之后，需要进行一定的处理才能计算出加速度。
首先需要对轨迹数据进行平滑处理，以去掉数据中的噪声干扰，使轨迹更加平滑。
其次需要对轨迹数据进行差分操作，以获得速度和加速度的数据。
差分操作可以通过计算相邻两个时刻的位置、速度和加速度之差来实现。
最后，需要对差分后得到的数据进行归一化处理，以标准化数据范围，使不同车型、不同采集条件下的数据具有可比性。
3 加速度的计算公式根据车辆速度轨迹数据，可以计算出车辆在运动过程中的加速度。
对于一辆车，它的加速度可以通过计算速度变化的变化率得到。
加速度的计算公式如下：a=(v2-v1)/(t2-t1)其中，a为加速度，v为速度，t为时间。
在车辆行驶过程中，由于速度的变化是连续的，所以需要对速度进行积分才能得到车辆行驶的距离。
加速度则是速度的导数，它可以直接从速度数据中计算得到。
由于车辆行驶时间间隔较小，因此可以认为车辆在短时间内的运动是匀加速运动，从而使用加速度的匀加速运动公式来计算加速度。
4 加速度的应用车辆的加速度是衡量车辆运行状态的重要指标之一。
在车辆行驶控制方面，加速度可以帮助汽车制造商进行车辆性能的调试和优化。
例如，加速度可以用来评估车辆的加速能力、制动距离等性能指标，并与竞品车型进行比较。
数字式加速度传感器adxl345的原理及应用
数字式加速度传感器adxl345的原理及应用一、引言加速度传感器是一种常见的传感器，在物体运动监测、姿态控制、安全系统等领域有着广泛的应用。
其中，数字式加速度传感器adxl345是一种常用的传感器，本文将介绍其原理和应用。
二、原理adxl345采用了微机电系统（MEMS）技术，可以实现三轴加速度的测量。
其工作原理如下：1.结构 adxl345传感器内部包含了一个微型加速度感应器和一个ADC（模数转换器）。
微型加速度感应器由微小的质量块和微小的弹簧构成，质量块会随物体的加速度而发生微小位移，弹簧会将位移转化为电信号输出。
ADC 将电信号转化为数字信号，并通过接口输出给外部设备。
2.加速度测量 adxl345可以通过轴向振动来实现加速度测量。
当感应器受到外部加速度作用时，质量块会发生位移，弹簧会产生拉力，拉力的大小与加速度成正比。
通过测量拉力的大小，可以确定加速度的大小。
3.数字信号处理 ADC将感应到的模拟信号转化为数字信号，并通过SPI或I2C接口输出给外部设备。
外部设备可以通过读取这些数字信号，获取加速度的数值。
三、应用adxl345传感器在多个领域都有广泛的应用，以下列举了其中几个常见的应用场景：1.运动监测不论是运动追踪手环、健身监测器还是智能手表，adxl345都可以用于监测人体运动。
通过测量加速度，可以知晓用户的步数、距离、速度等信息。
2.姿态控制 adxl345可以用于监测物体的姿态，例如飞行器的水平和垂直控制。
通过监测加速度变化，可以调整飞行器的姿态，实现精确控制。
3.安全系统 adxl345在安全系统中也有重要应用，例如汽车的碰撞检测系统。
通过监测车辆的加速度变化，可以判断是否发生碰撞，并触发相应的安全措施，保护乘客的生命安全。
四、优缺点adxl345作为一种数字式加速度传感器，具有以下优点：•高精度：adxl345采用了MEMS技术，具有很高的测量精度。
•数字信号输出：传感器输出数字信号，方便与其他设备进行通信和处理。
用DIS测位移、平均速度、瞬时速度
实验四：用DIS测变速直线运动的瞬时速度
3.进行实验：点击“开始记录”，依次将 0.08m，0.06m，0.04m，0.02m的挡光片固 定在小车上（偏向一边），让小车从轨道 的同一位置静止释放，记录下四次挡光的 时间，DIS实时计算出小车通过光电门的平 均速度。
实验结论： 挡光片的宽度逐渐减小时，测得的（平均）速度 值越来越趋近于小车经过光电门所在位置的瞬时 速度。
数据处理方式：将 物理量转化为 数字信号处理
二、数字化信息系统的优点
集探测、记录、运算、显示于一 体—— 数据的采集、处理和图像描绘可实时 进行让我们从读取数据、记录数据、 图线描绘等繁琐费时的简单劳动中解 放出来。
三、DIS的基本结构
1传感器（包括位移传感器、光电门 传感器、力传感器、温度传感器、 光传感器、电压传感器、电流传感 器等）
2数据采集器 3计算机
实验一：找出位移传感器的测量范围
实验仪器： 位移传感器（发射器和接收器），数据采集
器，计算机 实验过程： 1.搭建实验仪器:位移传感器的接收器, 数据采
集器,计算机依次相连 2.开始实验：开启位移传感器的发射器电源，
运行DIS应用软件，点击“通用软件”。
实验一：找出位移传感器的测量范围
量的字母）。用以上三个物理量得出加速 度的表达式a= （v22-v12）/2d
实验结论： 选择不同的区域，对应的平均速度往往是不同的。
实验三：用DIS测定加速度
实验仪器： 位移传感器，数据采集器，计算机，
轨道，小车 实验过程： 1.组建实验仪器：如实验二。 2.开始实验：开启电源，运行DIS应
用软件，点击“用DIS测加速度”
实验三：用DIS测定加速度
3.进行实验：①点击“开始记录”，并马上 释放小车记录v-t图像。
基于数字化传感器实验的高中物理实验设计
基于数字化传感器实验的高中物理实验设计基于数字化传感器实验的高中物理实验设计引言：随着科学技术的发展，数字化传感器成为物理实验中不可或缺的工具。
数字化传感器具有快速、准确、可靠、多功能等特点，可以帮助学生更好地理解物理概念和实验原理。
本文将设计一系列基于数字化传感器的高中物理实验，通过实验指导学生进行观察、测量、分析和解释，培养学生对物理实验的探究精神和科学思维能力。
实验一：测量加速度的变化特性目的：通过数字化传感器测量物体在不同力作用下的加速度，探究加速度与力的关系。
实验装置：1. 数字化加速度计2. 弹簧3. 动力学实验小车实验步骤：1. 将弹簧固定在动力学实验小车的后部。
2. 在实验室中找到一个平坦的地面，放置实验小车。
3. 将数字化加速度计固定在实验小车上的合适位置。
4. 完成实验装置的搭建后，首先测量静止状态下的加速度。
5. 用手或其他合适的工具向实验小车施加不同大小的力，记录相应的加速度值。
6. 改变施加力的方向，再次记录加速度值。
7. 根据实验数据，绘制加速度与力大小的图表，并进行分析和讨论。
结果与分析：在实验过程中，我们发现无论力的大小还是方向如何变化，实验小车的加速度始终正比于施加力的大小，且方向与力的方向一致。
通过绘制图表和进行计算，可以进一步证明这一关系。
实验二：测量光电效应的特性目的：通过数字化传感器测量光电效应的特性，探究光电效应的影响因素。
实验装置：1. 数字化光电效应实验仪2. 不同波长的光源3. 光屏实验步骤：1. 将光电效应实验仪放置在实验室中，确保实验环境光线较暗。
2. 将不同波长的光源对准实验仪，并记录此时的光电流值。
3. 改变光源的强度，再次记录光电流值。
4. 在光屏上放置遮挡片，使光线通过不同厚度的遮挡片进行实验，并记录光电流值。
5. 根据实验数据，绘制图表，并讨论光电效应的特性和影响因素。
结果与分析：通过实验数据的分析可得出，光电流与光源强度成正比，与光源波长无关。
利用数字化加速度记录仿真速度及位移时程应用研究
程 抗 震研 究 和抗 震设 计 提 供 资 料 ， 旨在 测 定 地
面 和 建筑 物 在 地震 作 用 下 的 运 动 过程 。从 发 展 趋 势 看 ，强震 观 测 已 经拓 展 到 地 震观 测 、地 震
计 算 单 自由度 系 统 的 地震 反 应 。 金 星 等 在 总 结 研 究计 算 单 自由度 系 统 四种 时域 方 法 ，即 中
预警 、烈度 速报 、灾 害快 速 评 估 等 领域 。地 震
仪 记 录 主 要 是速 度 型 的 ，强 震 仪 记 录 主要 是 加 速 度 型 的 。 为 了利 用加 速 度 型记 录对 速 度 型 记 录进 行 研究 ，需 要将 加 速 度 型 记 录 转换 为 速 度
型记 录 。
第 ２ ８卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ９月
防
灾
减
灾
学
报
Ｖｏ ． ３ １ ２８ Ｎｏ． Ｓｅ ２０１ ｐ． ２
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦＤＩＡＳ Ｅ Ｐ ＶＥＮ Ｉ Ｓ Ｔ Ｒ ＲＥ Ｔ ＯＮ ＡＮＤ Ｒ ＥＤＵＣ Ｉ Ｔ ＯＮ
利用数字化加速度记录仿真速度及位移时程应用研究
地 震 应 急 等 研究 工作 。
３ 期
李 永 振 ， 等 ： 利 用 数 字 化 加 速 度 记 录 仿 真 速 度 及 位 移 时 程 应 用 研 究
３ ３
度 的计 算 问题 进 行 分 析研 究 ，提 出 了新 的递 归 计 算 公 式 ，提 高 了精 度 ，其 次利 用 地 震 仪 的原 理 ，对 利 用 加 速 度 记 录仿 真 得 到 速 度 记 录 问题
研 究 ，也 是 一 种 频 域 方 法 ，不 适 合 实 时计 算 。
仿真分析中载荷的施加-加速度载荷谱及时程拍波的计算方法
一．谱载荷要点1.1以影响系数曲线为基准，逐点计算，可以计算几个关键点，注意纵坐标即为加速度，需要特别指出的是，α的求解过程已经包含动力系数β、和地震系数k ，所以按照下述方法计算得到的α直接乘重量加速度g 即得到加速度载荷谱。
a a S k gαβ=⋅=1.2先算出各个周期T 对应的加速度值，再按照倒数折算成频率1.3各个点的计算要按照公式进行，公式中有特征周期值、水平影响系数最大值、阻尼比的应用。
二．谱计算过程maxmax βαk =绝大部分电力设施及建筑的特征周期落在II类场地，多应用第一组Tg=0.35s为特征周期，假定8级地震，0.2g基本地震加速度，αmax=0.5。
曲线的最后一段，T=6s，此时频率对应值为1/6=0.16667Hz，该点在曲线中处于直线下降段，即5Tg-6s，周期在1.75s-6s，对应频率区间为0.16667-0.5714Hz，α对应公式：α=ξ=0.05时，η2=1，η1=0.02，γ=0.9，则T=1.75s（0.571Hz）时，对应的加速度为：（1*0.20.9-0.02*0）*αmax*9.8=1.151m/s2则T=6s（0.167Hz）时，对应的加速度为：（1*0.20.9-0.02*（6-1.75）*αmax*9.8=0.735m/s2直线段的最大值，η2*αmax=0.5*9.8=4.9m/s2上升直线段的起点为T=0.01s，即100Hz ，按照下式：=（0.4+（1-0.4）0.1*0.01）*0.5*=2.254 上述计算数值与《基于ansysworkbench的并联电抗器装置框架结构抗震分析和优化》、《08_地震作用和结构抗震验算-1工程_振动_稳定_全套_课件》相吻合。
下表1对应8度、αmax=0.5、II类场地第一组、特征周期0.35、阻尼比0.05时加速度谱。
表1-8级地震简易谱表：以下截图1对应8度、αmax=0.5、II类场地第一组、特征周期0.35、阻尼比0.05时加速度谱。
matlab通过采集的位移数据计算加速度的方法
一、概述Matlab作为一款功能强大的工程计算软件，广泛应用于科学研究和工程领域。
在工程设计和实验过程中，需要对采集到的数据进行分析和处理，其中包括了位移数据和加速度数据。
本文将重点介绍如何使用Matlab通过采集的位移数据计算加速度的方法。
二、位移数据的采集在进行工程实验或者系统监测时，往往需要通过传感器等设备采集物体的位移数据。
位移数据的采集方式多种多样，可以是基于激光传感器、位移传感器、加速度计等。
在数据处理的过程中，可能需要根据位移数据计算出加速度，以便进行进一步的分析和研究。
三、计算加速度的原理为了从位移数据中得到加速度信息，需要了解加速度、速度和位移之间的关系。
根据牛顿第二定律，加速度可以表示为物体所受外力和物体质量的比值，即a = F/m。
而速度可以表示为位移关于时间的导数，即v = dS/dt。
根据链式法则，加速度可以表示为位移关于时间的二阶导数，即a = d^2S/dt^2。
通过位移数据的二阶导数即可得到加速度数据。
四、Matlab计算加速度的步骤1. 数据预处理在使用Matlab进行位移数据计算加速度之前，首先需要对采集到的数据进行预处理。
包括数据采集的校准、数据的滤波、去噪等步骤。
确保采集到的数据质量良好，以保证计算结果的准确性。
2. 数据导入将采集到的位移数据导入Matlab环境中，通常可以选择使用xlsread()函数或者csvread()函数将数据从Excel表格或者CSV文件中导入。
确保数据的格式正确，包括时间、位移等信息都能够正常导入。
3. 计算加速度一般而言，可以使用diff()函数对位移数据进行二阶差分来计算加速度。
具体步骤包括：首先计算位移数据的一阶差分，然后再计算一阶差分的一阶差分，即可得到加速度数据。
另外，还可以使用gradient()函数进行差分计算。
需要根据实际数据的特点选择合适的方法。
4. 数据可视化计算得到加速度数据后，通常需要进行数据可视化以便更直观地分析数据。
速度与加速度的实际应用实验方法
速度与加速度的实际应用实验方法实验方法一：运动物体的速度测量在进行速度实验时，我们需要以下实验器材：- 直尺- 移动起点- 计时器- 测量小车步骤：1. 将直尺放置在平滑的台面上，作为小车的轨道。
确保直尺的一端与起点重合，并标记出终点。
2. 将小车放置在起点上，并手动使其开始运动。
3. 开始计时器，并记录小车经过终点所用的时间。
4. 根据经过终点所用的时间计算出小车的平均速度。
速度 = 距离 / 时间。
实验方法二：运动物体的加速度测量在进行加速度实验时，我们需要以下实验器材：- 直尺- 移动起点- 计时器- 测量小车- 斜坡步骤：1. 将直尺放置在平滑的台面上，作为小车的轨道，并将斜坡放在直尺的一端。
2. 将小车放置在斜坡上，并手动使其开始运动。
3. 开始计时器，并记录小车自斜坡出发到终点所用的时间。
4. 根据经过终点所用的时间计算出小车的加速度。
加速度 = (终点速度 - 起点速度) / 时间。
实验方法三：重力影响下的自由落体加速度实验在进行自由落体加速度实验时，我们需要以下实验器材：- 直尺- 计时器- 具有线轨的球- 重物（用于提供斜面的倾斜力）- 测量垂直高度的尺步骤：1. 将直尺竖立起来，并在直尺上标记出不同高度的位置，作为球的起点位置。
2. 将具有线轨的球放置在起点位置上，并用重物提供斜坡的倾斜力。
3. 开始计时器，并记录球从起点到不同高度位置落下所用的时间。
4. 根据不同高度位置的时间数据计算出球的落下加速度。
通过以上实验方法，我们可以准确测量物体在不同条件下的速度和加速度，进一步了解速度与加速度的实际应用。
实验结果的准确性取决于实验器材的质量和实验过程中的操作准确度。
因此，在进行实验时，我们应该确保实验器材的精确性，并严格按照实验步骤进行操作，以获取准确可靠的实验数据。
基于LabVIEW的速度和加速的测量实验的模拟
基于LabVIEW的速度和加速度的测量实验的模拟摘要随着科技技术的发展，软件行业日新月异，人们可以用软件编程来实现自己想要的功能，这使得用户在操作上简单了许多，视觉上也清晰明了，易于理解。
本次毕业设计研究的是基于LabVIEW的速度和加速度的测量实验的模拟，用虚拟仪器模拟现实实验。
进入前面板后，用户可以手动操作整个实验过程，也可以清楚的看到滑块在气垫导轨上移动，测量出来的数据也会在计时计数测速仪上显示，能让用户感觉像是在物理实验室做实验一样，给人一种身临其境的感觉。
用户可以通过可视化的界面方便的清楚整个速度和加速度实验的过程，这大大的方便了教师的物理教学。
关键词：LabVIEW,虚拟仪器，速度和加速度The measurement experiment simulation of Velocity and Acceleration Based on LabVIEWAbstractWith the development of science and technology,the software industry with each passing day,people can use software to achieve their want.This allows the user to easier to operate,and the vision is clear and easy to understand.The graduation design research is based on the LabVIEW velocity and acceleration measurement experiment of simulation,virtual instrument was used to simulate real experiment.After entering the front panel,user can manually operating the whole experiment process,and also can clearly see the slider move on the air track.Measured data will be displayed on the timer count speedometer,it can let the user feel like doing the experiment in physics laboratory,giving a surreal and truly musical feeling. Through a visual interface convenient user can know the whole process of velocity and acceleration experiment,this greatly facilitates teachers of physics teaching.Keywords:LabVIEW,virtual instrument,velocity and acceleration目录1绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 选题的意义及应用背景 (1)2 LabVIEW和虚拟仪器 (2)2.1 LabVIEW和虚拟仪器简介 (2)2.2 LabVIEW软件的特点 (3)2.3 LabVIEW使用的优势 (4)2.4虚拟仪器的主要特点 (4)3 速度和加速度的测量实验 (6)3.1 速度和加速的测量 (6)3.2 实验内容及步骤 (7)4 程序实现 (9)4.1 LabVIEW实现的基本思路 (9)4.2 前面板设计 (9)4.3 程序框图设计 (11)4.4 设计演示 (18)4.5 程序发布 (20)5 结语 (23)参考文献 (24)致谢 (25)1绪论1.1 引言LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
EDAS-C24型数字测震仪实时数据的解码及加速度和位移仿真的实现
EDAS-C24型数字测震仪实时数据的解码及加速度和位移仿真的实现吴华灯;谢剑波【摘要】本文尝试使用了一种图形编程语言进行数据解码和仿真研究,阐述了用该语言实现EDAS-C24型数字测震仪实时数据流的解码过程,提出了在G语言下利用数字滤波器逼近模拟积分器及模拟微分器响应实现对解码数据实时仿真的方法,并通过设定频带宽度,比较了设计的补偿滤波响应和实际的幅频响应的一致性.结果表明,在设定的频带内,补偿滤波响应和实际的幅频响应是一致的,仿真的精度是理想的,成果已经在广东省地震科普馆的地震互动区部署运行,取得了一定的实效.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2014(009)003【总页数】10页(P508-517)【关键词】LabVIEW;G编程语言;测震仪;实时数据;解码;仿真【作者】吴华灯;谢剑波【作者单位】广东省地震局,广州510070;中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室,广州510070;广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室,广州510070;广东省地震局,广州510070;中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室,广州510070;广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室,广州510070【正文语种】中文Kanamori等（1999）利用美国TriNet强震台网，曾对实时速度记录通过单边差分方法计算位移等问题做过研究，但是其计算精度和相位仍存在问题；金星等（2003）利用单自由度体系地震反应的时域递归方法，系统研究了由数字加速度记录实时仿真地动速度和地动位移的问题，从理论和数值计算上取得了理想的结果；同时金星等（2004）还系统研究了利用数字化宽频带速度型记录仿真地面位移和地面加速度等问题，从时域上提出了一套实时计算公式；谢剑波（2014）也用时域递归方法做过不同带宽的地震记录的仿真研究。
以上的实现都是利用地震台网汇集的实时数据或事件数据，在传统文本编程语言的环境下实现数据的仿真。
利用数字强震仪记录实时仿真地动位移
利用数字强震仪记录实时仿真地动位移
金星;马强;李山有
【期刊名称】《地震学报》
【年(卷),期】2005(027)001
【摘要】随着现代强震仪及通讯技术的发展,强震动观测资料的应用范围愈来愈广,强震观测可以拓展到地震观测领域,强震数据的实时仿真是这一拓展的基础.为适应这一发展趋势,在笔者曾经提出的单自由度系统地震反应递归公式的基础上,本文提出了一套基于地震仪原理,及长周期单自由度系统地震动力反应原理的由宽频带强震动记录仿真位移记录的新方法.研究表明此方法是有效的,可广泛应用于地震监测.【总页数】7页(P79-85)
【作者】金星;马强;李山有
【作者单位】中国哈尔滨,150080,中国地震局工程力学研究所;中国南京,210009,南京工业大学;中国哈尔滨,150080,中国地震局工程力学研究所;中国哈尔
滨,150080,中国地震局工程力学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
【相关文献】
1.利用数字化加速度记录仿真速度及位移时程应用研究 [J], 李永振;金震;梁永朵;于沈平;刘琳婷
2.EDAS-C24型数字测震仪实时数据的解码及加速度和位移仿真的实现 [J], 吴华
灯;谢剑波
3.用于强震记录仿真地动位移的高精度累积数值积分方法研究 [J], 曲保安;刘希强;蔡寅;范晓勇;于庆民;赵银刚;张明;李峰;孙豪
4.利用数字化速度记录实时仿真位移与加速度时程 [J], 金星;马强;李山有
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利用位移传感器测定加速度
利用位移传感器测定加速度摘要: 位移传感器有发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射器；接收器内装有红外线和超声波接收器。
测量时，位移传感器的发射器与被测物体固定在一起，发射器按照一定的时间间隔发射超声波，同时发射相应的红外线信号。
位移传感器的接受器接收到红外线信号时开始计时，接收到超声波信号时停止计时 关键字：位移传感器 发射器 数据采集器 计算机系统一 实验目的和要求1.加强对位移传感器的理解和掌握位移传感器的原理及用法。
2.学会用位移传感器测定斜面上下滑物体的加速度，加深对加速度的理解。
二实验仪器DISL 实验室、位移传感器、数据采集器（一个）、数据线（若干）、计算机（硬件和软件）、电源、力学轨道、小车、支架等。
三 实验原理介绍位移传感器有发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射器；接收器内装有红外线和超声波接收器。
测量时，位移传感器的发射器与被测物体固定在一起，发射器按照一定的时间间隔发射超声波，同时发射相应的红外线信号。
位移传感器的接受器接收到红外线信号时开始计时，接收到超声波信号时停止计时。
由于红外线的传播速度为光速，近距离内传播时传播时间可忽略不计，故可认为位移传感器收到的红外线的时间等同于发射器发射红外线的时间，把位移传感器把接收器记录的时间乘以声速就得到发射器和接收器之间的距离。
用位移传感器结合计算机获得v -t 图，通过图像求加速度。
在v-t 图像上取相距较远的两点A （t 1，v 1）与B （t 2，v 2），求出它们所在直线的斜率，即可求得加速度：1212t t v v a --=。
四 实验内容及步骤1．将位移传感器的发射器固定到小车上，接收器固定在力学轨道的顶端（木板倾用DIS 测定加速度装置图斜，使小车下滑作匀加速直线运动）。
应用数据采集器探究_位移与速度_加速度与速度_的关系
华南师范大学物理与电信工程学院 ! 510006
摘 ! 要 ! 应用数据采集器设计了探究 位移与速度 和 加速度 与速度关系 的实验 , 实 现了位移 与时间 、 速度 与时间 、 加速 度与时间关系的实时同步测量 , 弥补了传统实验的 不足 , 有助 于消除学 生对位移 与速度 , 加 速度与速 度概念之 间关系的 误 解。 关键词 ! 位移 ! 速度 ! 加速度 ! 数据采集器
的转换与合成。 2 ! 实验设计 用数据采集器做实验的流程图为: 实验装置 传感器 数据采集器 电脑 利用滑块在气垫导轨上做直线运动 , 通过 探 世界 综合理科实验室系统便可以研究位移与速 度, 加速度与速度的关系。 ( 1) 实验装置 ( 如图 1 所示) 把测距传感器固定在气垫导轨一端, 滑块在 挂有重物的细绳作用下, 沿气垫导轨做直线运动, 同时数据采集器进行数据采集 , 得到在不同时刻 t 所对应的位移 s 图线。
图 1 ! 实验装置示意图
! ! ( 2) 实验过程 # 按图 1 组装实验装置。将挡板固定于滑块 的左端, 用细绳的一端与滑块相连 , 另一端绕过滑 轮与重物相连, 气垫导轨的末端置一块海绵, 以减 小滑块与气垫导轨相碰的冲力。 ∃ 选择 好采 样速率 : 本 实验 选择 采样 速率 rate= 25m s。 % 调整实验装置 , 使之达到可测量的状态 , 注 意测距传感器与滑块、 挡板要处于同一水平直线 上, 启动数据采集器。 & 开启气垫导轨鼓风器电源 , 滑块浮在导轨 上, 开始沿导轨做匀变速直线运动 , 同时数据采集 器开始采集数据。 ∋ 滑块运动至气垫导轨末端, 碰及海绵, 速度 急剧减小返回运动, 关闭数据采集器。
3 ! 实验数据分析与结果 打开 探世界 软件, 选择采集的数据, 在新窗 口中打开。在 探世界 软件的任务列表中按下图 标 , 可得到采集的数据; 按下图标 , 可在窗口 中呈现根据采集数据得到的 s - t 图像( 见图 2 粗 线) ; 利用 探世界 软件对 s - t 图像求导 , 便可以 得到 v - t 图像 ( 见图 2 细线) , 利用软件的显示图 形标签工具 , 可读取图像上任意一点的纵坐标 和横坐标数值。为了便于比较分析, 我们在同一 坐标平面内打开 s - t 图像和 v - t 图像 ( 见图 2) , 图 2 反映滑块在气垫导轨上位移及速度随时间变 化的关系。为了便于分析, 分别用字母 ABC 标识 位移曲线 及 A(B(C (标 识速 度曲 线相 应的 位置。 它们将曲线分为三部分: ( 1) A 点以前位移曲线基本保持 0 76m 不变,
地铁位移计工作原理
地铁位移计工作原理
地铁位移计是通过测量地铁车体相对于参考位置的位移来确定其运动状态和位置的装置。
其工作原理如下：
1. 加速度传感器：位移计内置了加速度传感器，用于感知地铁车体的加速度。
当地铁加速或减速时，传感器会感知到相应的加速度变化。
2. 积分运算：通过对加速度信号进行积分运算，可以得到地铁车体的速度。
积分运算可以将加速度信号转换为速度信号，从而可以得到地铁车体的运动速度。
3. 位移计算：再次对速度信号进行积分运算，可以得到地铁车体相对于起始位置的位移。
通过不断地对速度信号积分，可以得到地铁车体在运动过程中的位置变化。
4. 参考位置：地铁位移计需要有一个参考位置作为基准，可以通过GPS定位或其他测量方法来确定。
地铁车体的位移计算是相对于这个参考位置进行的。
5. 可视化显示：位移计通常会将位移、速度和加速度的数据进行处理，并通过可视化方式展示给操作员或系统监控人员。
这样可以实时了解地铁车体的运动状态和位置。
综上所述，地铁位移计通过加速度传感器感知地铁车体的加速度变化，然后通过积分运算得到速度和位移信息，从而确定地
铁车体的运动状态和位置。
该装置在地铁运行过程中具有重要的应用价值。
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收稿日期:2004-05-27; 修订日期:2004-07-06 基金项目:国家自然科学基金项目(J0378086);国家科技部基础条件平台项目(2003DI B2J099);中国地震局“十五”重点科研项目 作者简介:金星(1960-),男,研究员,博士,主要从事地震工程方面研究.文章编号:100021301(2004)0620009206利用数字化速度记录实时仿真位移与加速度时程金 星1,2,马 强1,李山有1(1.中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080;2.南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009)摘要:根据地震仪的原理和作者提出的单自由度系统地震反应的递归公式,本文系统研究了利用数字化宽频带速度型记录仿真地面位移和地面加速度等问题,从时域上提出了一套实时计算公式。
数值计算结果表明,本文所提方法速度快、精度高,可广泛应用于地震监测和地震动参数的实时计算。
关键词:数字化速度记录;仿真;位移时程;加速度时程中图分类号:P315.915 文献标识码:AR eal 2time simulation of ground displacement and accelerationusing digital velocity recordJin X ing 1,2,Ma Qiang 1,Li Shany ou 1(1.Institute of Engineering M echanics ,China Earthquake Administration ,Harbin 150080,China ;2.Institute ofG eotechnical Engineering ,Nanjing University of T echnology ,Nanjing 210009,China )Abstract :Based on the principle of seismic sens or and recursive formula of calculating seismic response of single 2degree 2of 2freedom (S DOF )system presented by the authors ,this paper systematically studies the problem of simulating the ground displacement and acceleration using digital and wide 2frequency band records and presents a series of formulas for calculation in time domain.The numerical analysis shows that the method gives reas onable results and can be widely ap 2plied to earthquake m onitoring and real 2time calculation of ground m otion parameters.K ey w ords :digital velocity record ;S DOF system ;simulation ;displacement ;velocity引言 目前我国地震台网经过“九五”、“十五”的数字化改造,已进入一个新的发展阶段,基本上已由原来的短周期、中长周期的模拟地震仪向宽频带、大动态、高分辨率的数字地震仪发展。
新型地震仪主要是速度型的,为了便于震相识别和震级计算,通常把速度型记录仿真成某一型号地震仪(具有特定自振周期和阻尼比)的位移记录。
随着地震监测和强震观测领域的拓宽和相互渗透,寻求数字化地震仪和实时传输强震仪的相互替代也是一个值得研究的课题。
金星等[1](2003)利用所发展的单自由度体系地震反应的时域递归方法,系统研究了由数字加速度记录实时仿真地动速度和地动位移的问题,从理论和数值计算上取得了理想的结果。
刘瑞丰等[2](1997)曾用傅里叶分析利用宽频带数字地震记录进行仿真计算,频域方法是不可以用于实时处第24卷第6期2004年12月地 震 工 程 与 工 程 振 动E ARTH QUAKE E NGI NEERI NG AND E NGI NEERI NG VI BRATI ON V ol.24,N o.6Dec.2004理的;何少林等[3](1997)利用Z变换构造数字滤波器传递函数并用差分方程构造递归滤波器来恢复真实地面运动,但并未给出实际的计算公式;K anam ori等[4](1999)利用美国TriNet强震台网,曾对实时由速度记录通过单边差分方法计算位移等问题做过研究,但是其计算精度和相位仍存在问题。
随着地震监测的发展,实时对地震记录进行处理是十分必要的,比如对时间要求较高的地震预警来说,传统的频域仿真方式是在地震记录结束以后才开始进行,不适合记录的实时处理。
另一方面地震动参数的实时计算对于震害的快速评估十分重要,这需要探讨由宽频带速度记录实时计算地动加速度时程的问题。
基于上述考虑,本文研究如何利用数字化速度记录实时仿真位移和加速度时程的问题。
1 由速度记录实时仿真位移记录1.1 由地面速度输入计算单自由度系统相对位移反应的公式假定单自由度系统的阻尼比为ζ,自振周期为T0,地面运动加速度时程为a(t),相对位移为x(t),相对速度为 x(t),相对加速度为¨x(t),则由动力平衡方程可得:¨x(t)+2ζω0 x(t)+ω20x(t)=-a(t)(1)对上式进行离散化,离散间距为Δt,则根据金星等人(2003)的研究,可得到对输入地面运动加速度时程计算相对位移时程的递归公式为:x j=b1 x j-1+b2 x j-2-S0(Δt)2[δ a j+(1-2δ) x j-1+δ a j-2](2)其中b1=2e-ζω0Δt cos(ωdΔt)b2=-e-2ζω0ΔtS0=(1-b1-b2)/(ω0Δt)2ωd=ω0(1-ζ2)1/2(3)式(2)中,δ为与Δt/T0有关的参数, a j表示j点加速度对时间的导数。
根据马强等[5](2003)的研究,计算δ的公式如下:δ=d1+d2(Δt/T0)+d3(Δt/T0)2+d4(Δt/T0)3(4)其中d1,d2,d3及d4的值见文献[5]。
根据金星等[6](2004)的研究,对单自由度系统由加速度记录计算相对速度时程时,应用中心差分,可用以下公式x j=b1 x j-1+b2 x j-2-S0Δt[δa j+1/2+(1-3δ)a j-1/2-(1-3δ)a j-3/2-δa j-5/2](5)式(5)表明地震动的输入点和输出点不同步,相差Δt/2。
由于输入点已固定,可令k=j+1/2。
对于由地面速度时程计算位移时程,其原理与由加速度时程求速度时程原理是相同的,故由地面速度时程计算位移时程的公式如下:x k-1/2=b1x k-3/2+b2x k-5/2-S0(Δt)[δv k+(1-3δ)v k-1-(1-3δ)v k-2-δv k-3](6)式中,v k为k点地动速度。
金星等[6](2003)曾经对式(6)做傅里叶变换得到传递函数,并且从与理论传递函数幅值谱比和相位谱差的角度对由加速度记录计算相对速度单自由度系统地震动力反应在0～1/2Nyquist频率范围内进行了精度分析。
计算表明,在0～1/2Nyquist频率内,幅值相对误差小于10%。
这说明此方法的计算精度是很高的,这一分析对由速度输入计算相对位移的反应是同样适用的。
1.2 由速度时程仿真位移时程根据地面运动速度和位移的关系,从速度直接积分到位移时,其理论传递函数为:H T(ω)=1/iω(7)定义G(ω)为式(6)传递函数幅值与理论传递函数(7)幅值之比,即:G(ω)=|H(ω,Δt,T0)||H T(ω)|(8) 为了使单自由度系统的相对位移逼近地动位移,这就要求对单自由度系统选择适当长的自振周期。
由式(7)可以看出,由于出现了1/iω项,对于较低频率会出现不稳定的情况,即低频的漂移。
对于单自由度系统的计算,如选定自振周期,在自振周期处会出现共振并出现窄频带反应,这也会带来低频的漂移,为了消除01 地 震 工 程 与 工 程 振 动 24卷窄频带反应需要增大单自由系统的阻尼比,在本文中阻尼比取0.707。
由宽频带速度记录仿真真实地动位移可应用单自由度系统的动力反应即公式(6)来计算。
式(6)中取v j =-v j 3,v j 3表示j 时刻的速度输入,负号的物理意义是相对速度的方向和地动速度的方向相反。
因为仿真系统所取的一定为长周期单自由度系统,故式(6)δ值统一取为0.0913。
我们以单自由度系统地震反应作为恢复地动位移仿真系统,取时间间隔Δt 为0.01s ,计算了不同周期(100s ,50s ,20s ,10s ,5s )的仿真系统传递函数与理论传递函数的幅值谱、相位谱、幅值谱比及相位谱差(如图1～图3)。
从图中可以看出所应用的仿真系统相当于一个低通递归滤波器,此滤波器可以滤去极低频信号,消除低频漂移。
图4为阻尼比0.707时截止频率f c 与自振周期T 0的关系。
2 由速度记录实时仿真加速度记录2.1 由地面运动速度输入计算单自由度系统相对加速度反应公式根据金星等(2003)的研究,由地面运动速度计算单自由度系统相对加速度的递归公式为:¨x j =b 1¨x j -1+b 2¨x j -2-S 0(a j -2a j -1+a j -2)(9)其中系数b 1,b 2,S 0由式(3)表示,a j 为j 时刻地面运动加速度。
对地面运动速度采用中心差分格式并带入式(9)可得:¨x j =b 1¨x j -1+b 2¨x j -2-S 0Δt (v j +12-3v j -12+3v j -32-v j -52)(10)若令j +(1/2)=k ,则由式(10)可得:¨x k -12=b 1¨x k -32+b 2¨x k -52-S 0Δt (v k -3v k -1+3v k -2-v k -3(11)利用时移定理对式(11)做傅里叶变换可得:H (ω,Δt )=-(S 0/Δt )e i ωΔt/2(1-3e i ωΔt +3e -2i ωΔt -e -3i ωΔt )1-b 1e i ωΔt -b 2e -2i ωΔt (12)对式(1)作傅里叶变换可得由地面运动速度时程计算相对加速度的理论传递函数为:H (ω)=-(i ω)3(i ω)2+2i ζω0ω+ω20(13)116期金 星等:利用数字化速度记录实时仿真位移与加速度时程同样为了便于比较精度,同式(8)一样引入幅值谱比和相位谱差,幅值谱比为式(12)传递函数幅值谱与式(13)理论传递函数的幅值谱之比,相位谱差为理论传递函数相位谱与理论相位谱之差。