速度传感器的原理及应用

速度传感器的原理、分类及应用
速度传感器
定义：能感受被测速度并转换成可用输出信号的传感器。
A.从物体运动的形式来看，速度的测量分为线速度测量和角 速度测量；
B.从运动速度的参考基准来看分为绝对速度测量和相对速度 的测量；
C.从速度的数值特征来看分为平均速度测量和瞬时速度测量；
D.从获取物体运动速度的方式来看分为直接速度测量和间接 速度测量。
系为 f μ L μv t
由此可知，速度V可用空间频率 来描述。右图为空间滤波器的测 速原理图。当点光源沿着图中y 的方向以一定速度运动时，点光 源的光通过光学透镜成像在叉指 式光电池栅格上，光电池便会输 出频率为f的脉冲串。选择光电 池栅格尺寸和形状能使栅格对一 定空间频率有选择性，那么物体 运动的速度就可以换为时间频率 信号。空间滤波器输出信号的中 心频率跟速度成正比，因此，通 过测频即可测量速度。但是在实 际应用时使用的光源不是点光源， 而是具有任意辉度分布的光源。 利用这种方法可以用来检测传送 带、钢板、车辆等的运动速度， 也可以用于转动物体为背景的角 速度测量，它的检测范围为 1.5~250 km/h，测量精度可达 0.5%。
电磁式速度传感器的结构原理如 右图所示，它由永久磁铁和线圈等构 成。永久磁铁和运动物体相连，线圈 处于固定状态。根据电磁感应定律， 当永久磁铁从线圈旁边经过时，线圈 便会产生一个感应电势，如果磁铁经 过的路径不变，那么这个感应脉冲的 电压峰值与磁铁运动的速度成正比。 因此，可以通过这个脉冲电压的峰值 来确定永久磁铁的运动速度。将永久 磁铁固定在被测物体上，即可测得物 体的运动速度。
2）加速度积分法和位移微分测量法
测量到运动体的加速度信号 a
d 2L dt 2
，并对时间t积分，就可
得到运动体的速度；测量运动体的位移信号，并将其对时间微
分，也可以得到速度，这两种方法完全相同。利用该方法典型
实例是振动测量中，利用加速度计测量振动体的加速度振动信
号经电路积分获得振动速度；应用振幅计测量振动体位移信号
所谓相关测速法是利用求随机过程互相关函数极值的方法来测量
速度。设平稳随机过程观察的时间为T，则它的互相关函数为：
Rxy
1 T
T
0
yt
xt
dt
当被测运动以速度运动时，运动体表面
总有些可以测得的痕迹变化或标记。在 固定的距离上装两个检测器，如图a所 示。A和B是用于检测痕迹变化的。转换 输出信号波形如图b所示。这两个信号 是测量获得的物体表面变化的随机过程
线速度的计量单位通常用m/s；在工程上通常用km/s。
（1）速度的测量方法
时间、位移计算方法 这种方法是根据速度的定义测量速度，即
通过测量距离和行走该距离的时间，然后 求得平均速度。取得越小，则求得速度越 接近运动体的瞬时速度。由此原理，可以 延伸出多种测量速度的方法，如：相关测 速法和空间滤波器测速法。
源自文库
xt, yt 在测量条件基本相同的情况下， 这两个随机信号 xt,只y是t在时间上
滞后 。t即0 yt xt t0
可以看一下信 号分析相关书
t0 就是物体上某点从A运动到B的时间，测量 t0 后就可以求得物
体运动速度v，即v L t0 ，计算 t0 的方法就是利用数学上求互
相关函数极值的方法。在测量足够长的时间 T 内，xt, yt 互相关
间就是t0 ，即可求得速度 v 。在工程上用这种方法可以测量轧
钢时板材速度、流体流动速度、汽车车速等。
所谓空间滤波器测速法是利用可选择一定空间频率段的空间 滤波器件与被测物体同步运动，然后在单位空间内测量相应的时 间频率，求得运动体的运动速度。
空间滤波器是能够选择一定空间 频率段的器件。空间频率是指单位空间 线度内物理量周期性变化的次数，它可 以用右图来表示。在栅格板上刻有透明 的相间狭缝，高在空间长度L内有N个 等距狭缝，当栅格板移动时，光检测器 件便可感受到光源的明暗变化。明暗变 化的空间频率u=N/L。如果栅格板的移 动速度为v，移动L所需要的时间为t， 则光检测器检测到的时间频率为f=N/t。 由于N=u*L，时间频率和空间频率的关
再进行微分得到振动的速度。
3）利用物理参数测量速度 利用速度大小与某些物理量间的已知关系间接地测量物体
运动的速度。如：电动式速度传感器和电磁式速度传感器。
电动式速度传感器的结构原理如右图 所示，它由轭铁、永久磁铁、线圈及 支承弹簧等组成。永久磁铁和轭铁产 生一个均匀磁场，线圈安装在这个磁 场中。根据电磁感应定律，穿过线圈 的磁通量随时间发生变化时，在线圈
转速测量 最主要频率法测转速
数字式转速传感器：把转速转变成电脉冲信号
电子计数器：在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，被测量的转速为n,则有 n = 60 x N/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)。
两端将产生与磁通量 的减少速率
成正比的电压 V ，即 V d
dt
当接入负载电阻 RL时，线圈位移产生
的电流会产生与磁场作用的反作用力， 这种反作用力可用在测量中起阻尼作 用。该型传感器的测量范围 为 104 ~ 102 m / s。
如果传感器中的线圈沿与磁场垂直方向运动，在线圈中便可产生与线圈速度成正 比的感应电压，由此可从输出电压中测得速度。这种传感器的灵敏度与磁通密度、 线圈的匝数及其展开面积的乘积成正比。但线圈的面积越大，传感器的体积也越 大，且会使其动态特性变坏。
函数为
Rxy
lim
T
1 T
T
0
yt xt
dt
lim
T
1 T
T
0
xt
t0
xt
dt
Rx
t0
它和 Rx 相比，Rx t0 相当于把自相关函数 Rx 延时 t0 的
值。当 t0 时，Rx t0 有极大值，也就是互相关函数 Rxy 有
极大值，此时 就是所求的t0 值。
将 xt, yt 送到模拟相关分析仪中，改变滞后时间，可以得到相 互关函数随滞后时间 变化时的图形，求得最大值时所对应时
转速传感器
转速传感器的种类很多，有磁电式、光电式、 离心式、霍尔式等转速传感器。随着高速铁路飞速 发展，在时速超过350 km/h的高速铁路线路上，列 车的测速定位问题显得越来越重要。其中轮轴脉冲 转速传感器在高速铁路中应用较为广泛。轮轴脉冲 转速传感器测速的基本工作原理：利用车轮的周长 作为“尺子”测量列车走行距离，根据所测距离测 算列车运行速度。