速度传感器

随着转速下降输出电压幅值减小，当转速低到一定程度时，电 压幅值将会减小到无法检测出来的程度。故这种传感器不适合 于低速测量。
3）电涡流位移传感器 转速测量 ）电涡流位移传感器—转速测量 个槽(或齿) 若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计
的读数为f（单位为 ）， ），则转轴的转速 的读数为 （单位为Hz），则转轴的转速 n（单位为r/min）的计算公式为 （单位为 ）
θ2 v
θ 1＝90 0 , θ 2 = 90 − θ f d = v sin θ / λi f d = f 0 v sin θ / c v = cf d /( f 0 sin θ )
多普勒测速仪应用实例
1、卫星跟踪测轨系统
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，相对于观察地点有相对运动时，在观察地 点收到的频率随着它们的相对速度而变化。 物体向着观察点接近时，波长就变短，频率就变高；而远离观察点时， 当 物体向着观察点接近时 ， 波长就变短 ， 频率就变高 ； 而远离观察点时， 波长就变长，频率就变低。这样通过频率的变化就能计算出卫星的高度、速 波长就变长，频率就变低 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。
f n = 60 z
同步闪光式
闪光测速仪
旋转编码盘
光电式码盘
1）频率法测转速
• 在电子计数器采样时间内对转速传感器输出的电脉冲 信号进行计数。 • 利用标准时间控制计数器闸门。 • 当计数器的显示值为N时，被测量的转速n为
N n = 60 × zt
式中，z为旋转体每转一转传感器发出的电脉冲信号数； t为采样时间(s)。
ki
ks P θ1 θ2
由于v<<c，则
r r r v ⋅(ks - k ) v(cosθ +cosθ ) 1 2 i = f = d λ λ i i
其中 :
θ1为物体至光源方向与物体运动方向间的夹角;
θ2为物体至观察者方向与物体运动方向间的夹角
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：
3、空间滤波器法
• 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； • 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t0
N µ • 空间频率： = L
（单位空间长度内变化次数）
N • 时间频率：f = t0
• 速度：
v= L N f f = • = t0 µ N µ
速度、转速、加速度 测量
速度测量
线速度测量（m/s，km/h) 速度 测量 角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Angular Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.)
ω = 2π 接触式测量，测量精度较高。 非接触式测量，测量精度较高。
图1 光束切断式速度测量
v=
L NT
2、相 关 法
原理：利用随机过程互相关函数确定运动时间 原理 利用随机过程互相关函数确定运动时间 的方法； 的方法； 组成：两个相距L、型号相同的传感器，如光电 组成：两个相距L 型号相同的传感器， 传感器、超声波传感器等； 传感器、超声波传感器等； 处理：当随机过程是平稳随机过程时，y(t)的 处理：当随机过程是平稳随机过程时，y(t)的 波形和x(t)是相似的， x(t)是相似的 波形和x(t)是相似的，只是时间上推迟了 (=L/v)， t0(=L/v)，即
= Rx (τ − t0 )
y(t) = x(t − t0 ) 1 T 1 T Rxy (τ ) = T →∞ ∫ x(t −τ ) y(t)dt = lim ∫ x(t − t0 )x(t −τ )dt lim T 0 T 0 T →∞
图3 相关测速原理图
其物理含义是x(t)延迟to 后成x(t－t0)，其波形将和y（t） 其物理含义是x(t)延迟t 后成x(t－ 其波形将和y x(t)延迟 x(t 几乎重叠，因此互相关值有最大值。 几乎重叠，因此互相关值有最大值。
d 2β dβ ＋k y β ± M f = H ω cos β J g 2 ＋k d dt dt
d 2β dβ J g 2 ＋kd ＋k y β ± M f = H ω dt dt
cos β = 1
d 2β dβ β = ( H ω − J g 2 − kd − kyβ m M f ) / ky dt dt
β 为框架运动角
(2)弹性力矩My
M y = ky β ky为框架每转动单位角的弹簧力矩
(3)阻尼力矩Md dβ
M d = kd dt
， kd 为单位角速度的阻尼力矩
(4)惯性力矩Mj
d 2β M j = Jg 2 dt J g为所有与框架一起运动的元件相对于X轴的转动惯量
• (5)摩擦力矩Mf，假设为常数。
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 平均速 度。s越小，越接近瞬时速度。
光束切断法 相关法 空间滤波器法
s v= t
2.角速度和线速度的相互转化。
v = rω
3. 利用物理参数测量：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 5. 陀螺测速法
2 3 2 3 在待测转速的轴上固 定一个涂上黑白相间 条纹的圆盘，它们具 有不同的反射率。当 转轴转动时，反光与 不反光交替出现，光 电敏感器件间断地接 收光的反射信号，转 换为电脉冲信号。
1 1 (a) (b)
光电数字式转速表工作原理图
2）磁电感应式转速传感器
当安装在被测转轴上的齿轮( 导磁体) 当安装在被测转轴上的齿轮 ( 导磁体 ) 旋转 时 ， 其齿依次通过永久磁铁两磁极间的间 使磁路的磁阻和磁通 发生周期性变化， 磁阻和磁通发生周期性变化 隙 ， 使磁路的 磁阻和磁通 发生周期性变化 ， 从而在线圈上感应 感应出频率和幅值均与轴转 从而在线圈上 感应 出频率和幅值均与轴转 速成此例的交流电压信号u 速成此例的交流电压信号u0。
运动达到平衡时， 运动达到平衡时，
d 2β d β = =0 2 dt dt
β = Hω / ky − M f / ky
结构简图
第二节 转速测量
1.数字式转速表 数字式转速表 （1）测量原理（构成） ）测量原理（构成） 数字式转速传感器： 数字式转速传感器：把转速转变成电脉冲信号 电子计数电路： 电子计数电路：测量转速 中高速采用频率法 低速采用周期法
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。
7、陀螺仪测角速度 （gyroscope ）
M g = H ω sin θ
（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； （3）外加力矩和角加速度关系： d 2β Jg 2 = M dt J g − 带转子的框架相对X轴的转动惯量
(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
(1)陀螺力矩Mg
M g = − H ω sin(90o − β ) = − H ω cos β
中、高速、 可远距 最高达 10000转/ 离指示 分 中、高速、 机构复 最高达 杂，精 48000转 / 度高 分 中、高速、 最高达 48000转/ 分 中、高速 低、中、 高速 没有扭 矩损失 机构简 单 没有扭 矩损失 数字输 出，精 度高
交直流测速发电机
数字式磁电转速计
光电式
光电脉冲转速计
4、接 触 辊 法 、
特点：应用最广泛的一种方法。 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。
v = rω
•可用于生产过程中的塑料板带、布、钢板带等速度检测。 可用于生产过程中的塑料板带、 可用于生产过程中的塑料板带 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。 注意测量辊与被测物之间的滑移所造成的测量误差。 注意测量辊与被测物之间的滑移所造成的测量误差
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、 兵器以及其它一 些领域中，有着 十分广泛和重要 的应用。
二自由度陀螺仪
陀螺 陀螺仪 主轴
H = J sΩ
H 陀螺绕主轴转动角动量 Js 陀螺转子的转动惯量 Ω 陀螺转子的转速
二自由度陀螺作用原理
二自由度陀螺特性： 二自由度陀螺特性： （1）当二自由度陀螺底座绕垂直于X轴与Z轴成 θ 角的轴以角速度ω 旋转时，则将有陀螺力矩Mg作用 于框架上，陀螺力矩Mg为：
类 型
测量方法
适用范围
特点
测速仪
直 流 激磁一定，发电机输出 测速发电机 交 电压与转速成正比 流 磁电式 转轴带动磁性体旋转产 生计数电脉冲，其脉冲 数与转速成比例 利用转动圆盘的光线使 光电元件产生电脉冲 用已知频率的闪光来测 出与旋转体同步的频率 （即旋转体转速） 把码盘中反映转轴位置 的码值转换成电脉冲输 出
5、多普勒测速 、
• 光学多普勒效应：当光源和反射体或散射体 光学多普勒效应： 之间存在相对运动时，接收到的声波频率与 入射声波频率存在差别的现象，是奥地利学 者多普勒于1842年发现的。 • 多普勒频移：正比于物体运动速度的频率偏 多普勒频移： 移。
P静止时，入射光频率为：