测速传感器的基本原理

对光电探测器来说，散射光视在波长、频率分别为：
cs-=vr(ckr-s散vr射kr波s)相/对fp于,Pf点s =的速cs度λci((cc--vrvrkrkris))，
P静止时，入射光频率为：
若 f0 P=点c/以λ相 i,fc对 p为速 =光(度速cvr， -vrkri为 i远kkr入离 ii射 )光/光P源λ波， ik波则s 长入。射光对P点的视在频率为： 对 s光=电 (c探-测vr器来kr图说s4)，多/散f普射 p勒,光效f波 s应1长 =原λ、c理i(频 (cc2率--分vrvr别 k为 rkris：))
▪ 当单色光束入射到运动体上某点时，光波在 该点被运动体散射，散射光频率与入射光频 率相比，产生了正比于物体运动速度的频率 偏移，称为多普勒频移。
ki
ks P
P静止时，入射光频率为：
fuur0 = c/λi,c为光速，i为入射光波波长。 uur
图4多普勒效应原理
若Ki表P点示以平速行f度p于v=r入(射kcr i远-光vr离波光k矢ri源量)/，的λ则单i对，位P矢c点量-来v；r说 kr入Kis入射表射光示波的平相视行对在于于频散P率射点为光的(：波A速矢p度p量a的re单nt位f矢re量quency)
图3 相关测速原理图
y(t) x(t t0)
Rxy
(
)
lim
T
1 T
T x(t ) y(t)dt lim 1
0
T
T
0 x(t t0)x(t )dt
T
Rx( t0)
其物理含义是x(t)延迟to后成x(t－t0)，其波形将和y（t） 几乎重叠，因此互相关值有最大值。
接触辊法
接触辊式速度检测法是应用最广泛的一种方法。如图1所 示把旋转辊轮（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。
4. 加速度积分法和位移微分法
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度检 测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。
图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速度 检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测物体 以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测器的时 刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由这信号驱 动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第二个检测器 时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检测器间距L和 计数脉冲的周期T、个数N，可求出物体的行进速度。
M2 4
M2 40
动时，如果 不进行压缩
M 1时
性影响的修
pv
(1
')
v2
2
' 238M 5 1.43 1
(7M 2 1)2.5 M 2
正，将会产 生10%左右 的测量误差。
多普勒测速
▪ 当光源和反射体或散射体之间存在相对运动 时，接收到的声波频率与入射声波频率存在 差别的现象称为光学多普勒效应，是奥地利 学者多普勒于1842年发现的。
1、皮托管的形状影响 总压孔直径：d=0.5D 静压孔直径：d1=0.12D 静压孔距端部距离：3~4D 静压孔离支杆距离：8~10D
皮托管头部和支杆对流场的影响
2、皮托管偏离特性的影响
结论： 皮托管方 向要正对 流体流向。
3、流体压缩性影响
马赫数M 1时
pv
(1 )
v2
2
空气高速流
为空气压缩性修正量； =
v r
图1 接触辊式速度测量 •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。
皮托管测速法
相关概念
▪ 我们把没有粘性的流体称为理想流体． ▪ 理想不可压缩流体的伯努利方程（能量方程）
(Benoulli’s Equation)
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。
pA
m
A
mp
Permass: p1
p2
（二） 皮托管的结构
gzA
1 2
v12
ps
gzA
1 2
v22
pt
皮托管测速原理图
1 2
v12
ps
1 2
v2 2
pt
v2 0
v1
2( pt ps )
pt 全压
ps 静压
pt
ps
1 2
v12
动压
动压(Pv) ＋静压(Ps)＝全压（Pt)
图2 光束切断式速度测量
v L NT
相关法
相关法检测线速度，是利用随机过程互相关函数 的方法进行的，其原理如图3所示。被测物体以 速度V行进，在靠近行进物体处安装两个相距L 相同的传感器（如光电传感器、超声波传感器 等）。传感器检测易于从被测物体上检测到的 参量(如表面粗糙度、表面缺陷等），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，只是时间上推迟了t0(=L/v)，即
V2,p2
V1,p1
z2
z1
1.势能（Potential energy）: mgz1, mgz2，Permass:
gz1, gz2
2.动能（Kinetic energy）:
1 2
mv12
1 2
mv22
Permass:
1 2
v12
1 2
v22
3.压力能（Pressure energy）:
Workdone＝force×distance=
修正后的流速公式：
v
2
(
pt
ຫໍສະໝຸດ Baidu
ps
)
为皮托管系数，由实验标定。 一般在0.99～1.01之间。
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。
（三） 测量误差分析
速度、转速、加速度测 量
速度测量
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）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n
测量原理：
1. 物体运动的线速度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。越
越小，越接近瞬时速度。
v s
(1) 相关法;
t
(2) 空间滤波器法
N
L f N
t0 v L N f f
t0 N
2. 角速度和线速度的相互转化。
v r
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