速度傳感器的原理及應(yīng)用課件

速度傳感器的原理、分類(lèi)及應(yīng)用速度傳感器的原理、分類(lèi)及應(yīng)用1速度傳感器定義：能感受被測(cè)速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。速度傳感器定義：能感受被測(cè)速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。2速度的測(cè)量A.從物體運(yùn)動(dòng)的形式來(lái)看，速度的測(cè)量分為線(xiàn)速度測(cè)量和角速度測(cè)量；B.從運(yùn)動(dòng)速度的參考基準(zhǔn)來(lái)看分為絕對(duì)速度測(cè)量和相對(duì)速度的測(cè)量；C.從速度的數(shù)值特征來(lái)看分為平均速度測(cè)量和瞬時(shí)速度測(cè)量；D.從獲取物體運(yùn)動(dòng)速度的方式來(lái)看分為直接速度測(cè)量和間接速度測(cè)量。

線(xiàn)速度的計(jì)量單位通常用m/s；在工程上通常用km/s。速度的測(cè)量3（1）速度的測(cè)量方法時(shí)間、位移計(jì)算方法這種方法是根據(jù)速度的定義測(cè)量速度，即通過(guò)測(cè)量距離和行走該距離的時(shí)間，然后求得平均速度。取得越小，則求得速度越接近運(yùn)動(dòng)體的瞬時(shí)速度。由此原理，可以延伸出多種測(cè)量速度的方法，如：相關(guān)測(cè)速法和空間濾波器測(cè)速法。（1）速度的測(cè)量方法4所謂相關(guān)測(cè)速法是利用求隨機(jī)過(guò)程互相關(guān)函數(shù)極值的方法來(lái)測(cè)量速度。設(shè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程觀(guān)察的時(shí)間為T(mén)，則它的互相關(guān)函數(shù)為：可以看一下信號(hào)分析相關(guān)書(shū)當(dāng)被測(cè)運(yùn)動(dòng)以速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)體表面總有些可以測(cè)得的痕跡變化或標(biāo)記。在固定的距離上裝兩個(gè)檢測(cè)器，如圖a所示。A和B是用于檢測(cè)痕跡變化的。轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)波形如圖b所示。這兩個(gè)信號(hào)是測(cè)量獲得的物體表面變化的隨機(jī)過(guò)程在測(cè)量條件基本相同的情況下，這兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)只是在時(shí)間上滯后。即所謂相關(guān)測(cè)速法是利用求隨機(jī)過(guò)程互相關(guān)函數(shù)極值的方法來(lái)測(cè)量速度5就是物體上某點(diǎn)從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間，測(cè)量后就可以求得物體運(yùn)動(dòng)速度，即，計(jì)算的方法就是利用數(shù)學(xué)上求互相關(guān)函數(shù)極值的方法。在測(cè)量足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，互相關(guān)函數(shù)為

它和相比，相當(dāng)于把自相關(guān)函數(shù)延時(shí)的值。當(dāng)時(shí)，有極大值，也就是互相關(guān)函數(shù)有極大值，此時(shí)就是所求的值。將送到模擬相關(guān)分析儀中，改變滯后時(shí)間，可以得到相互關(guān)函數(shù)隨滯后時(shí)間變化時(shí)的圖形，求得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)時(shí)間就是，即可求得速度。在工程上用這種方法可以測(cè)量軋鋼時(shí)板材速度、流體流動(dòng)速度、汽車(chē)車(chē)速等。就是物體上某點(diǎn)從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間，測(cè)量后就可6

所謂空間濾波器測(cè)速法是利用可選擇一定空間頻率段的空間濾波器件與被測(cè)物體同步運(yùn)動(dòng)，然后在單位空間內(nèi)測(cè)量相應(yīng)的時(shí)間頻率，求得運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度。

空間濾波器是能夠選擇一定空間頻率段的器件?？臻g頻率是指單位空間線(xiàn)度內(nèi)物理量周期性變化的次數(shù)，它可以用右圖來(lái)表示。在柵格板上刻有透明的相間狹縫，高在空間長(zhǎng)度L內(nèi)有N個(gè)等距狹縫，當(dāng)柵格板移動(dòng)時(shí)，光檢測(cè)器件便可感受到光源的明暗變化。明暗變化的空間頻率u=N/L。如果柵格板的移動(dòng)速度為v，移動(dòng)L所需要的時(shí)間為t，則光檢測(cè)器檢測(cè)到的時(shí)間頻率為f=N/t。由于N=u*L，時(shí)間頻率和空間頻率的關(guān)系為所謂空間濾波器測(cè)速法是利用可選擇一定空間頻率段的7由此可知，速度V可用空間頻率來(lái)描述。右圖為空間濾波器的測(cè)速原理圖。當(dāng)點(diǎn)光源沿著圖中y的方向以一定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，點(diǎn)光源的光通過(guò)光學(xué)透鏡成像在叉指式光電池柵格上，光電池便會(huì)輸出頻率為f的脈沖串。選擇光電池柵格尺寸和形狀能使柵格對(duì)一定空間頻率有選擇性，那么物體運(yùn)動(dòng)的速度就可以換為時(shí)間頻率信號(hào)。空間濾波器輸出信號(hào)的中心頻率跟速度成正比，因此，通過(guò)測(cè)頻即可測(cè)量速度。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)使用的光源不是點(diǎn)光源，而是具有任意輝度分布的光源。利用這種方法可以用來(lái)檢測(cè)傳送帶、鋼板、車(chē)輛等的運(yùn)動(dòng)速度，也可以用于轉(zhuǎn)動(dòng)物體為背景的角速度測(cè)量，它的檢測(cè)范圍為1.5~250km/h，測(cè)量精度可達(dá)0.5%。由此可知，速度V可用空間頻率來(lái)描述。右圖為空間濾波器的測(cè)速原82）加速度積分法和位移微分測(cè)量法測(cè)量到運(yùn)動(dòng)體的加速度信號(hào)，并對(duì)時(shí)間t積分，就可得到運(yùn)動(dòng)體的速度；測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的位移信號(hào)，并將其對(duì)時(shí)間微分，也可以得到速度，這兩種方法完全相同。利用該方法典型實(shí)例是振動(dòng)測(cè)量中，利用加速度計(jì)測(cè)量振動(dòng)體的加速度振動(dòng)信號(hào)經(jīng)電路積分獲得振動(dòng)速度；應(yīng)用振幅計(jì)測(cè)量振動(dòng)體位移信號(hào)再進(jìn)行微分得到振動(dòng)的速度。3）利用物理參數(shù)測(cè)量速度利用速度大小與某些物理量間的已知關(guān)系間接地測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的速度。如：電動(dòng)式速度傳感器和電磁式速度傳感器。2）加速度積分法和位移微分測(cè)量法9電動(dòng)式速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線(xiàn)圈及支承彈簧等組成。永久磁鐵和軛鐵產(chǎn)生一個(gè)均勻磁場(chǎng)，線(xiàn)圈安裝在這個(gè)磁場(chǎng)中。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，在線(xiàn)圈兩端將產(chǎn)生與磁通量的減少速率成正比的電壓，即如果傳感器中的線(xiàn)圈沿與磁場(chǎng)垂直方向運(yùn)動(dòng)，在線(xiàn)圈中便可產(chǎn)生與線(xiàn)圈速度成正比的感應(yīng)電壓，由此可從輸出電壓中測(cè)得速度。這種傳感器的靈敏度與磁通密度、線(xiàn)圈的匝數(shù)及其展開(kāi)面積的乘積成正比。但線(xiàn)圈的面積越大，傳感器的體積也越大，且會(huì)使其動(dòng)態(tài)特性變壞。當(dāng)接入負(fù)載電阻時(shí)，線(xiàn)圈位移產(chǎn)生的電流會(huì)產(chǎn)生與磁場(chǎng)作用的反作用力，這種反作用力可用在測(cè)量中起阻尼作用。該型傳感器的測(cè)量范圍為。電動(dòng)式速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線(xiàn)10

電磁式速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由永久磁鐵和線(xiàn)圈等構(gòu)成。永久磁鐵和運(yùn)動(dòng)物體相連，線(xiàn)圈處于固定狀態(tài)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)永久磁鐵從線(xiàn)圈旁邊經(jīng)過(guò)時(shí)，線(xiàn)圈便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，如果磁鐵經(jīng)過(guò)的路徑不變，那么這個(gè)感應(yīng)脈沖的電壓峰值與磁鐵運(yùn)動(dòng)的速度成正比。因此，可以通過(guò)這個(gè)脈沖電壓的峰值來(lái)確定永久磁鐵的運(yùn)動(dòng)速度。將永久磁鐵固定在被測(cè)物體上，即可測(cè)得物體的運(yùn)動(dòng)速度。速度傳感器的原理及應(yīng)用課件11轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器：把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)最主要頻率法測(cè)轉(zhuǎn)速式中，z為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出的電脈沖信號(hào)數(shù)；t為采樣時(shí)間(s)。n=60xN/zt電子計(jì)數(shù)器：在采樣時(shí)間內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間控制計(jì)數(shù)器閘門(mén)。當(dāng)計(jì)數(shù)器的顯示值為N時(shí)，被測(cè)量的轉(zhuǎn)速為n,則有轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器：把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)最主要頻率法12轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速傳感器的種類(lèi)很多，有磁電式、光電式、離心式、霍爾式等轉(zhuǎn)速傳感器。隨著高速鐵路飛速發(fā)展，在時(shí)速超過(guò)350km/h的高速鐵路線(xiàn)路上，列車(chē)的測(cè)速定位問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。其中輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器在高速鐵路中應(yīng)用較為廣泛。輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速的基本工作原理：利用車(chē)輪的周長(zhǎng)作為“尺子”測(cè)量列車(chē)走行距離，根據(jù)所測(cè)距離測(cè)算列車(chē)運(yùn)行速度。其基本公式為：V=πDn/3.6式中，π=3.14，D為車(chē)輪直徑，n為車(chē)輪轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速傳感器的種類(lèi)很多，13從上式可知，測(cè)量列車(chē)速度就是檢測(cè)列車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)速和列車(chē)輪徑。脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，傳感器輸出一定數(shù)目的脈沖，使脈沖頻率與輪軸轉(zhuǎn)速成正比。輸出的脈沖經(jīng)隔離和整形后直接輸入計(jì)算機(jī)CPU進(jìn)行頻率測(cè)量，再經(jīng)換算從而得出車(chē)組速度和走行距離。其原理框圖如下圖。脈沖轉(zhuǎn)速傳感器隔離整形頻率測(cè)量與計(jì)算脈沖轉(zhuǎn)速傳感器原理框圖車(chē)組速度和走行距離脈沖轉(zhuǎn)速傳感器隔離整形頻率測(cè)量與計(jì)算脈沖轉(zhuǎn)速傳感器原理142）磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器

當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪(導(dǎo)磁體)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其齒依次通過(guò)永久磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線(xiàn)圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成此例的交流電壓信號(hào)u0。2）磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪(導(dǎo)磁15隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，電壓幅值將會(huì)減小到無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的程度。故這種傳感器不適合于低速測(cè)量。隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，電壓幅值16轉(zhuǎn)速傳感器在車(chē)輪上的安裝轉(zhuǎn)速傳感器在車(chē)輪上的安裝17霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車(chē)在剎車(chē)時(shí)車(chē)輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車(chē)力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質(zhì)霍爾霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用18光電轉(zhuǎn)速傳感器231231(a)(b)光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表工作原理圖下圖是光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表的工作原理圖。圖(a)是在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤(pán)，在調(diào)置盤(pán)一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過(guò)盤(pán)上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。在待測(cè)轉(zhuǎn)速的軸上固定一個(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤(pán)，它們具有不同的反射率。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。光電轉(zhuǎn)速傳感器231231(a)(b)光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表193）電渦流位移傳感器—轉(zhuǎn)速測(cè)量

若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z個(gè)槽(或齒)，頻率計(jì)的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計(jì)算公式為

3）電渦流位移傳感器—轉(zhuǎn)速測(cè)量若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z個(gè)槽(或204）閃光測(cè)轉(zhuǎn)速法利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象（0.05s~0.2s）來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。視覺(jué)暫留：一個(gè)閃光目標(biāo)，當(dāng)閃動(dòng)頻率大于10Hz時(shí)，人眼看上去就是連續(xù)發(fā)亮的。用一個(gè)頻率連續(xù)可調(diào)的閃光燈照射被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸上的某一固定標(biāo)記(如齒輪的齒，圓盤(pán)的輻條或在旋轉(zhuǎn)軸上涂以黑白點(diǎn))，并調(diào)節(jié)閃光頻率f，直到旋轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)一個(gè)單定象為止，即達(dá)到n=f的條件。

若在連續(xù)兩次閃光的時(shí)間間隔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)整數(shù)倍時(shí)，即n＝k0f時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)單定象。式中的k0為單定象停留的次數(shù)(1、2、3、…)。

當(dāng)閃光頻率比被測(cè)轉(zhuǎn)速高二倍、三倍、…、m倍時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)二重象、三重象以至于m重象。f=m×n4）閃光測(cè)轉(zhuǎn)速法若在連續(xù)兩次閃光的時(shí)間間隔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)整數(shù)21閃光測(cè)速法需要注意（1）若已知被測(cè)轉(zhuǎn)速范圍，則將閃光頻率從略大于n的高頻逐漸下降，直到第一次出現(xiàn)不動(dòng)的頻閃像，則n=f；（2）若無(wú)法預(yù)知范圍，則從低頻上調(diào)，直至出現(xiàn)多重像；閃光測(cè)速法需要注意（1）若已知被測(cè)轉(zhuǎn)速范圍，則將閃光頻率從略22

線(xiàn)速度傳感器是用來(lái)測(cè)量直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的傳感器，它的輸出電壓和被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度成線(xiàn)性關(guān)系，因而它被廣泛用于航空、兵器、機(jī)械、儀器儀表、地質(zhì)石油、核工業(yè)等部門(mén)的自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量。該傳感器具有極高的頻率響應(yīng)，可檢測(cè)小模數(shù)齒輪和其它物體的轉(zhuǎn)速，具有穩(wěn)定的工作性能。輸出為方波信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。本產(chǎn)品有雙路相位差信號(hào)輸出，可測(cè)量物體的正、反轉(zhuǎn)，能替代旋轉(zhuǎn)編碼器。

線(xiàn)速度傳感器

線(xiàn)速度傳感器是用來(lái)測(cè)量直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的傳23

如，ZLS-C50測(cè)速傳感器是特別定制高精度的一款測(cè)速傳感器，其精度小于0.05%。它是非接觸精密測(cè)量物體運(yùn)行速度的利器。它不僅能測(cè)運(yùn)行速度，還能測(cè)量運(yùn)行物體左右擺動(dòng)量，以及運(yùn)動(dòng)方向和停機(jī)狀態(tài)。它不僅能測(cè)量大物體，也能測(cè)量細(xì)小物體,是目前一款性能非常優(yōu)異的在線(xiàn)測(cè)速度傳感器。如，ZLS-C50測(cè)速傳感器是特24激光測(cè)速儀激光測(cè)速儀25速度傳感器的原理及應(yīng)用課件26（Dopplereffect）就是當(dāng)聲音，光和無(wú)線(xiàn)電波等振動(dòng)源與觀(guān)測(cè)者以相對(duì)速度V相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀(guān)測(cè)者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)源所發(fā)出的頻率有所不同的現(xiàn)象。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對(duì)速度V成正比，與振動(dòng)的頻率成反比。多普勒效應(yīng)有興趣的可以看看《傳感器與現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》清華大學(xué)出版社，陶艷紅等編（Dopplereffect）就是當(dāng)聲音，光和無(wú)線(xiàn)電波等27●觀(guān)察者接收到的頻率等于觀(guān)察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)，當(dāng)波以速度v通過(guò)接收者時(shí)，時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的完全波的個(gè)數(shù)為N＝vt／λ因而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)接收者的完全波的個(gè)數(shù)，即接收的頻率f＝v／λ。

●若波源不動(dòng)時(shí)，觀(guān)察著朝向波源以速度V2運(yùn)動(dòng)，由于相對(duì)速度增大而使單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀(guān)察者的完全波的個(gè)數(shù)增多，即f2＝（v＋v2）／λ＝（v＋V2）／（v／f）＝（1＋V2／v）f，可見(jiàn)接收的頻率增大了。同理可知，當(dāng)觀(guān)察著背離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率將減小?！袢舨ㄔ匆苿?dòng)，波源朝向觀(guān)察者以速度V1運(yùn)動(dòng)，由于波長(zhǎng)變短為λ1＝λ－V1t，而使得單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)波的個(gè)數(shù)增多，即f1＝v／λ1＝fv／（v－v1），可見(jiàn)接收頻率亦增大，同理可知，當(dāng)波源背離觀(guān)察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率將減少?！裼^(guān)察者接收到的頻率等于觀(guān)察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)28當(dāng)光源與接受者都不動(dòng)，但探測(cè)器探測(cè)從運(yùn)動(dòng)體散射或是反射的光波頻率同樣也是變化的，這種現(xiàn)象叫做光學(xué)多普勒效應(yīng)。光頻率的變化量f0稱(chēng)之為多普勒頻移。如圖發(fā)射機(jī)發(fā)射出的電磁波向被測(cè)物體傳輸，以速度v向發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)的被測(cè)物體接收到得信號(hào)頻率為f1=f0+

式中，f0為發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)頻率；v為被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度；λ0為發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)，λ0=c/fo;c為電磁波在真空中的傳播速度。vλ0光學(xué)多普勒效應(yīng)當(dāng)光源與接受者都不動(dòng)，但探測(cè)器探測(cè)從運(yùn)動(dòng)體散射或是反射的光波29發(fā)射機(jī)接收機(jī)發(fā)射器接收機(jī)vvλ1λ0f1f1f0f2a)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生過(guò)程示意圖b)a)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)，被測(cè)物體接受并以速度v運(yùn)動(dòng)；b)被測(cè)物體反射信號(hào)如同新的發(fā)射機(jī)并以速度v運(yùn)動(dòng)，使與發(fā)射機(jī)同地點(diǎn)的接收機(jī)接收發(fā)接收發(fā)射器接收機(jī)vvλ1λ0f1f1f0f2a)30

若把f1看成新的發(fā)射機(jī)向與發(fā)射機(jī)同地點(diǎn)的接收機(jī)發(fā)射的信號(hào)頻率，如上圖b所示，則接收機(jī)接收到的信號(hào)頻率為f2=f1+v/λ1=f0+v/λ0+v/λ1由于被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于電磁波的傳播速度，所以λ0=λ1，于是有f2=f0+2v/λ0由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻率之差稱(chēng)為多普勒頻率，即fd=f2–f0=2v/λ0（式1）式1說(shuō)明，被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度v可以用多普勒頻率來(lái)描述。一般情況下，光學(xué)多普勒效應(yīng)用下圖來(lái)說(shuō)明。圖中，S為光源，V為物體的運(yùn)動(dòng)速度。P是運(yùn)動(dòng)物體，Q是觀(guān)察者所處的位置。

速度傳感器的原理及應(yīng)用課件31如果物體P的運(yùn)動(dòng)速度為v,P的運(yùn)動(dòng)方向與PS的夾角為α，P的運(yùn)動(dòng)方向與PQ的夾角為β。則從S射出的頻率f1的光，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)物體P的散射，觀(guān)察者在Q處觀(guān)察到的頻率為f2.根據(jù)多普勒原理可得f2=f1［1+v(cosα+cosβ)/c］式中，c為真空中的光束。知道了發(fā)射頻率和接收頻率，從它們之差就可以求得。如果物體P的運(yùn)動(dòng)速度為v,P的運(yùn)動(dòng)方向與PS的夾角為α，32多普勒效應(yīng)廣泛應(yīng)用于光學(xué)，聲學(xué)，雷達(dá)，氣象以及核物理學(xué)等領(lǐng)域，大多用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度，流體流量，流速等。光學(xué)多普勒位移檢測(cè)方法具有很高測(cè)量靈敏度。例如，用He-Ne激光器作光源，運(yùn)動(dòng)速度為1m/s的頻移達(dá)1.6MHz，可測(cè)速度范圍為1ums~100m/s。以多普勒頻移位基本原理，以激光作為光源的光纖多普勒探測(cè)頭式研究流體流動(dòng)的有力手段，其主要優(yōu)點(diǎn)是空間分辨率高，光束不干擾流動(dòng)性，并具有跟蹤快速變化的能力，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在許多特殊場(chǎng)合下，例如在測(cè)量密閉容器中流速度和生物系統(tǒng)中血流速時(shí)，不能安裝普通的多普勒裝置，必須采用光纖組成的具有微型探頭的測(cè)量系統(tǒng).多普勒效應(yīng)廣泛應(yīng)用于光學(xué)，聲學(xué)，雷達(dá)，氣象以33激光多普勒光纖測(cè)速系統(tǒng)

如圖：當(dāng)激光沿著光纖射到運(yùn)動(dòng)物體A上時(shí)，被測(cè)物體A反射的光與光纖端面的反射光（起參考作用)一起沿著光纖返回。為了消除從發(fā)射透鏡反射回來(lái)的光，在光電探測(cè)器前面裝一塊偏振片R，使光電探測(cè)器只能檢測(cè)出與原來(lái)光束偏振方向相垂直的偏振光。這樣，頻率不同的信號(hào)光與參考光共同作用在光電探測(cè)器上，產(chǎn)生差拍。形成的光電流經(jīng)頻譜分析出頻率的變化，進(jìn)一步可算出物體的運(yùn)動(dòng)速度。激光多普勒光纖測(cè)速系統(tǒng)示意圖激光多普勒光纖測(cè)速系統(tǒng)如圖：當(dāng)激光沿著光纖射到運(yùn)34多普勒雷達(dá)的電路原理框圖如圖所示。它由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、混頻器、檢波器、放大器及處理電路等組成。當(dāng)發(fā)射信號(hào)和接收到的回波信號(hào)經(jīng)混頻器混頻后，兩者產(chǎn)生差頻現(xiàn)象，差頻的頻率正好為多普勒頻率。利用多普勒雷達(dá)可以對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行線(xiàn)速度和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。多普勒雷達(dá)的電路原理框圖如圖所示。它由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、混頻器35多普勒雷達(dá)產(chǎn)生的多普勒頻率為：多普勒雷達(dá)測(cè)速——被測(cè)物體的線(xiàn)速度——電磁波方向與速度方向的夾角；——電磁波的波長(zhǎng)；——電磁波方向與被測(cè)物體的速度分量。用多普勒雷達(dá)測(cè)運(yùn)動(dòng)物體線(xiàn)速度的方法，已廣泛應(yīng)用于檢測(cè)車(chē)輛的行駛速度。

多普勒雷達(dá)檢測(cè)線(xiàn)速度的工作原理圖多普勒雷達(dá)產(chǎn)生的多普勒頻率為：多普勒雷達(dá)測(cè)速——被36目前，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。有關(guān)專(zhuān)家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)線(xiàn)傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場(chǎng)份額的擴(kuò)大。在軌道車(chē)輛上，車(chē)輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性很大程度上取決于它所采集到的速度信號(hào)的可靠性和精度，而所采集的速度信號(hào)包括當(dāng)前速度值和速度的變化量。在機(jī)車(chē)的牽引控制，車(chē)輪滑動(dòng)保護(hù)，列車(chē)控制，和車(chē)門(mén)控制過(guò)程中都要涉及到速度信號(hào)的采集問(wèn)題。我們可以發(fā)現(xiàn)在各種軌道車(chē)輛中，這個(gè)任務(wù)是由許許多多的速度傳感器來(lái)完成的。在過(guò)去，用來(lái)測(cè)速的傳感器通常性能不穩(wěn)定，而且容易出現(xiàn)故障，經(jīng)常引起車(chē)輛事故。主要原因是早期使用的主要是模擬傳感器，而當(dāng)時(shí)使用的數(shù)字傳感器效果也很差。造成上述速度傳感器問(wèn)題的主要原因是軌道車(chē)輛應(yīng)用的環(huán)境都極度惡劣。

德國(guó)Lenord+Bauer公司經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累，開(kāi)發(fā)出高品質(zhì)的多功能的速度傳感器，而且性能非常穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于工況惡劣的軌道列車(chē)行業(yè)。傳感器市場(chǎng)報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，而美國(guó)、德國(guó)、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快的依舊是汽車(chē)市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。速度傳感器的發(fā)展前景目前，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)37參考1：《現(xiàn)代傳感器技術(shù)與應(yīng)用礎(chǔ)》北京理工出版社曾光宇楊湖等編參考2：《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社趙勇胡濤等編參考3：《傳感器與現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》清華大學(xué)出版社陶紅艷余成波主編更多的了解請(qǐng)參考thanks參考1：《現(xiàn)代傳感器技術(shù)與應(yīng)用礎(chǔ)》更多38速度傳感器的原理、分類(lèi)及應(yīng)用速度傳感器的原理、分類(lèi)及應(yīng)用39速度傳感器定義：能感受被測(cè)速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。速度傳感器定義：能感受被測(cè)速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。40速度的測(cè)量A.從物體運(yùn)動(dòng)的形式來(lái)看，速度的測(cè)量分為線(xiàn)速度測(cè)量和角速度測(cè)量；B.從運(yùn)動(dòng)速度的參考基準(zhǔn)來(lái)看分為絕對(duì)速度測(cè)量和相對(duì)速度的測(cè)量；C.從速度的數(shù)值特征來(lái)看分為平均速度測(cè)量和瞬時(shí)速度測(cè)量；D.從獲取物體運(yùn)動(dòng)速度的方式來(lái)看分為直接速度測(cè)量和間接速度測(cè)量。

線(xiàn)速度的計(jì)量單位通常用m/s；在工程上通常用km/s。速度的測(cè)量41（1）速度的測(cè)量方法時(shí)間、位移計(jì)算方法這種方法是根據(jù)速度的定義測(cè)量速度，即通過(guò)測(cè)量距離和行走該距離的時(shí)間，然后求得平均速度。取得越小，則求得速度越接近運(yùn)動(dòng)體的瞬時(shí)速度。由此原理，可以延伸出多種測(cè)量速度的方法，如：相關(guān)測(cè)速法和空間濾波器測(cè)速法。（1）速度的測(cè)量方法42所謂相關(guān)測(cè)速法是利用求隨機(jī)過(guò)程互相關(guān)函數(shù)極值的方法來(lái)測(cè)量速度。設(shè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程觀(guān)察的時(shí)間為T(mén)，則它的互相關(guān)函數(shù)為：可以看一下信號(hào)分析相關(guān)書(shū)當(dāng)被測(cè)運(yùn)動(dòng)以速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)體表面總有些可以測(cè)得的痕跡變化或標(biāo)記。在固定的距離上裝兩個(gè)檢測(cè)器，如圖a所示。A和B是用于檢測(cè)痕跡變化的。轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)波形如圖b所示。這兩個(gè)信號(hào)是測(cè)量獲得的物體表面變化的隨機(jī)過(guò)程在測(cè)量條件基本相同的情況下，這兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)只是在時(shí)間上滯后。即所謂相關(guān)測(cè)速法是利用求隨機(jī)過(guò)程互相關(guān)函數(shù)極值的方法來(lái)測(cè)量速度43就是物體上某點(diǎn)從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間，測(cè)量后就可以求得物體運(yùn)動(dòng)速度，即，計(jì)算的方法就是利用數(shù)學(xué)上求互相關(guān)函數(shù)極值的方法。在測(cè)量足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，互相關(guān)函數(shù)為

它和相比，相當(dāng)于把自相關(guān)函數(shù)延時(shí)的值。當(dāng)時(shí)，有極大值，也就是互相關(guān)函數(shù)有極大值，此時(shí)就是所求的值。將送到模擬相關(guān)分析儀中，改變滯后時(shí)間，可以得到相互關(guān)函數(shù)隨滯后時(shí)間變化時(shí)的圖形，求得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)時(shí)間就是，即可求得速度。在工程上用這種方法可以測(cè)量軋鋼時(shí)板材速度、流體流動(dòng)速度、汽車(chē)車(chē)速等。就是物體上某點(diǎn)從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間，測(cè)量后就可44

所謂空間濾波器測(cè)速法是利用可選擇一定空間頻率段的空間濾波器件與被測(cè)物體同步運(yùn)動(dòng)，然后在單位空間內(nèi)測(cè)量相應(yīng)的時(shí)間頻率，求得運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度。

空間濾波器是能夠選擇一定空間頻率段的器件?？臻g頻率是指單位空間線(xiàn)度內(nèi)物理量周期性變化的次數(shù)，它可以用右圖來(lái)表示。在柵格板上刻有透明的相間狹縫，高在空間長(zhǎng)度L內(nèi)有N個(gè)等距狹縫，當(dāng)柵格板移動(dòng)時(shí)，光檢測(cè)器件便可感受到光源的明暗變化。明暗變化的空間頻率u=N/L。如果柵格板的移動(dòng)速度為v，移動(dòng)L所需要的時(shí)間為t，則光檢測(cè)器檢測(cè)到的時(shí)間頻率為f=N/t。由于N=u*L，時(shí)間頻率和空間頻率的關(guān)系為所謂空間濾波器測(cè)速法是利用可選擇一定空間頻率段的45由此可知，速度V可用空間頻率來(lái)描述。右圖為空間濾波器的測(cè)速原理圖。當(dāng)點(diǎn)光源沿著圖中y的方向以一定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，點(diǎn)光源的光通過(guò)光學(xué)透鏡成像在叉指式光電池柵格上，光電池便會(huì)輸出頻率為f的脈沖串。選擇光電池柵格尺寸和形狀能使柵格對(duì)一定空間頻率有選擇性，那么物體運(yùn)動(dòng)的速度就可以換為時(shí)間頻率信號(hào)?？臻g濾波器輸出信號(hào)的中心頻率跟速度成正比，因此，通過(guò)測(cè)頻即可測(cè)量速度。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)使用的光源不是點(diǎn)光源，而是具有任意輝度分布的光源。利用這種方法可以用來(lái)檢測(cè)傳送帶、鋼板、車(chē)輛等的運(yùn)動(dòng)速度，也可以用于轉(zhuǎn)動(dòng)物體為背景的角速度測(cè)量，它的檢測(cè)范圍為1.5~250km/h，測(cè)量精度可達(dá)0.5%。由此可知，速度V可用空間頻率來(lái)描述。右圖為空間濾波器的測(cè)速原462）加速度積分法和位移微分測(cè)量法測(cè)量到運(yùn)動(dòng)體的加速度信號(hào)，并對(duì)時(shí)間t積分，就可得到運(yùn)動(dòng)體的速度；測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的位移信號(hào)，并將其對(duì)時(shí)間微分，也可以得到速度，這兩種方法完全相同。利用該方法典型實(shí)例是振動(dòng)測(cè)量中，利用加速度計(jì)測(cè)量振動(dòng)體的加速度振動(dòng)信號(hào)經(jīng)電路積分獲得振動(dòng)速度；應(yīng)用振幅計(jì)測(cè)量振動(dòng)體位移信號(hào)再進(jìn)行微分得到振動(dòng)的速度。3）利用物理參數(shù)測(cè)量速度利用速度大小與某些物理量間的已知關(guān)系間接地測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的速度。如：電動(dòng)式速度傳感器和電磁式速度傳感器。2）加速度積分法和位移微分測(cè)量法47電動(dòng)式速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線(xiàn)圈及支承彈簧等組成。永久磁鐵和軛鐵產(chǎn)生一個(gè)均勻磁場(chǎng)，線(xiàn)圈安裝在這個(gè)磁場(chǎng)中。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，在線(xiàn)圈兩端將產(chǎn)生與磁通量的減少速率成正比的電壓，即如果傳感器中的線(xiàn)圈沿與磁場(chǎng)垂直方向運(yùn)動(dòng)，在線(xiàn)圈中便可產(chǎn)生與線(xiàn)圈速度成正比的感應(yīng)電壓，由此可從輸出電壓中測(cè)得速度。這種傳感器的靈敏度與磁通密度、線(xiàn)圈的匝數(shù)及其展開(kāi)面積的乘積成正比。但線(xiàn)圈的面積越大，傳感器的體積也越大，且會(huì)使其動(dòng)態(tài)特性變壞。當(dāng)接入負(fù)載電阻時(shí)，線(xiàn)圈位移產(chǎn)生的電流會(huì)產(chǎn)生與磁場(chǎng)作用的反作用力，這種反作用力可用在測(cè)量中起阻尼作用。該型傳感器的測(cè)量范圍為。電動(dòng)式速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由軛鐵、永久磁鐵、線(xiàn)48

電磁式速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由永久磁鐵和線(xiàn)圈等構(gòu)成。永久磁鐵和運(yùn)動(dòng)物體相連，線(xiàn)圈處于固定狀態(tài)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)永久磁鐵從線(xiàn)圈旁邊經(jīng)過(guò)時(shí)，線(xiàn)圈便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，如果磁鐵經(jīng)過(guò)的路徑不變，那么這個(gè)感應(yīng)脈沖的電壓峰值與磁鐵運(yùn)動(dòng)的速度成正比。因此，可以通過(guò)這個(gè)脈沖電壓的峰值來(lái)確定永久磁鐵的運(yùn)動(dòng)速度。將永久磁鐵固定在被測(cè)物體上，即可測(cè)得物體的運(yùn)動(dòng)速度。速度傳感器的原理及應(yīng)用課件49轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器：把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)最主要頻率法測(cè)轉(zhuǎn)速式中，z為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出的電脈沖信號(hào)數(shù)；t為采樣時(shí)間(s)。n=60xN/zt電子計(jì)數(shù)器：在采樣時(shí)間內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間控制計(jì)數(shù)器閘門(mén)。當(dāng)計(jì)數(shù)器的顯示值為N時(shí)，被測(cè)量的轉(zhuǎn)速為n,則有轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器：把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)最主要頻率法50轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速傳感器的種類(lèi)很多，有磁電式、光電式、離心式、霍爾式等轉(zhuǎn)速傳感器。隨著高速鐵路飛速發(fā)展，在時(shí)速超過(guò)350km/h的高速鐵路線(xiàn)路上，列車(chē)的測(cè)速定位問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。其中輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器在高速鐵路中應(yīng)用較為廣泛。輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速的基本工作原理：利用車(chē)輪的周長(zhǎng)作為“尺子”測(cè)量列車(chē)走行距離，根據(jù)所測(cè)距離測(cè)算列車(chē)運(yùn)行速度。其基本公式為：V=πDn/3.6式中，π=3.14，D為車(chē)輪直徑，n為車(chē)輪轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)速傳感器的種類(lèi)很多，51從上式可知，測(cè)量列車(chē)速度就是檢測(cè)列車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)速和列車(chē)輪徑。脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝在輪軸上，輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，傳感器輸出一定數(shù)目的脈沖，使脈沖頻率與輪軸轉(zhuǎn)速成正比。輸出的脈沖經(jīng)隔離和整形后直接輸入計(jì)算機(jī)CPU進(jìn)行頻率測(cè)量，再經(jīng)換算從而得出車(chē)組速度和走行距離。其原理框圖如下圖。脈沖轉(zhuǎn)速傳感器隔離整形頻率測(cè)量與計(jì)算脈沖轉(zhuǎn)速傳感器原理框圖車(chē)組速度和走行距離脈沖轉(zhuǎn)速傳感器隔離整形頻率測(cè)量與計(jì)算脈沖轉(zhuǎn)速傳感器原理522）磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器

當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪(導(dǎo)磁體)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其齒依次通過(guò)永久磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線(xiàn)圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成此例的交流電壓信號(hào)u0。2）磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪(導(dǎo)磁53隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，電壓幅值將會(huì)減小到無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的程度。故這種傳感器不適合于低速測(cè)量。隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，電壓幅值54轉(zhuǎn)速傳感器在車(chē)輪上的安裝轉(zhuǎn)速傳感器在車(chē)輪上的安裝55霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用

若汽車(chē)在剎車(chē)時(shí)車(chē)輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車(chē)力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質(zhì)霍爾霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用56光電轉(zhuǎn)速傳感器231231(a)(b)光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表工作原理圖下圖是光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表的工作原理圖。圖(a)是在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤(pán)，在調(diào)置盤(pán)一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過(guò)盤(pán)上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。在待測(cè)轉(zhuǎn)速的軸上固定一個(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤(pán)，它們具有不同的反射率。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。光電轉(zhuǎn)速傳感器231231(a)(b)光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表573）電渦流位移傳感器—轉(zhuǎn)速測(cè)量

若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z個(gè)槽(或齒)，頻率計(jì)的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計(jì)算公式為

3）電渦流位移傳感器—轉(zhuǎn)速測(cè)量若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z個(gè)槽(或584）閃光測(cè)轉(zhuǎn)速法利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象（0.05s~0.2s）來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。視覺(jué)暫留：一個(gè)閃光目標(biāo)，當(dāng)閃動(dòng)頻率大于10Hz時(shí)，人眼看上去就是連續(xù)發(fā)亮的。用一個(gè)頻率連續(xù)可調(diào)的閃光燈照射被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸上的某一固定標(biāo)記(如齒輪的齒，圓盤(pán)的輻條或在旋轉(zhuǎn)軸上涂以黑白點(diǎn))，并調(diào)節(jié)閃光頻率f，直到旋轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)一個(gè)單定象為止，即達(dá)到n=f的條件。

若在連續(xù)兩次閃光的時(shí)間間隔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)整數(shù)倍時(shí)，即n＝k0f時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)單定象。式中的k0為單定象停留的次數(shù)(1、2、3、…)。

當(dāng)閃光頻率比被測(cè)轉(zhuǎn)速高二倍、三倍、…、m倍時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)二重象、三重象以至于m重象。f=m×n4）閃光測(cè)轉(zhuǎn)速法若在連續(xù)兩次閃光的時(shí)間間隔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)整數(shù)59閃光測(cè)速法需要注意（1）若已知被測(cè)轉(zhuǎn)速范圍，則將閃光頻率從略大于n的高頻逐漸下降，直到第一次出現(xiàn)不動(dòng)的頻閃像，則n=f；（2）若無(wú)法預(yù)知范圍，則從低頻上調(diào)，直至出現(xiàn)多重像；閃光測(cè)速法需要注意（1）若已知被測(cè)轉(zhuǎn)速范圍，則將閃光頻率從略60

線(xiàn)速度傳感器是用來(lái)測(cè)量直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的傳感器，它的輸出電壓和被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度成線(xiàn)性關(guān)系，因而它被廣泛用于航空、兵器、機(jī)械、儀器儀表、地質(zhì)石油、核工業(yè)等部門(mén)的自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量。該傳感器具有極高的頻率響應(yīng)，可檢測(cè)小模數(shù)齒輪和其它物體的轉(zhuǎn)速，具有穩(wěn)定的工作性能。輸出為方波信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。本產(chǎn)品有雙路相位差信號(hào)輸出，可測(cè)量物體的正、反轉(zhuǎn)，能替代旋轉(zhuǎn)編碼器。

線(xiàn)速度傳感器

線(xiàn)速度傳感器是用來(lái)測(cè)量直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的傳61

如，ZLS-C50測(cè)速傳感器是特別定制高精度的一款測(cè)速傳感器，其精度小于0.05%。它是非接觸精密測(cè)量物體運(yùn)行速度的利器。它不僅能測(cè)運(yùn)行速度，還能測(cè)量運(yùn)行物體左右擺動(dòng)量，以及運(yùn)動(dòng)方向和停機(jī)狀態(tài)。它不僅能測(cè)量大物體，也能測(cè)量細(xì)小物體,是目前一款性能非常優(yōu)異的在線(xiàn)測(cè)速度傳感器。如，ZLS-C50測(cè)速傳感器是特62激光測(cè)速儀激光測(cè)速儀63速度傳感器的原理及應(yīng)用課件64（Dopplereffect）就是當(dāng)聲音，光和無(wú)線(xiàn)電波等振動(dòng)源與觀(guān)測(cè)者以相對(duì)速度V相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀(guān)測(cè)者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)源所發(fā)出的頻率有所不同的現(xiàn)象。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對(duì)速度V成正比，與振動(dòng)的頻率成反比。多普勒效應(yīng)有興趣的可以看看《傳感器與現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》清華大學(xué)出版社，陶艷紅等編（Dopplereffect）就是當(dāng)聲音，光和無(wú)線(xiàn)電波等65●觀(guān)察者接收到的頻率等于觀(guān)察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)，當(dāng)波以速度v通過(guò)接收者時(shí)，時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的完全波的個(gè)數(shù)為N＝vt／λ因而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)接收者的完全波的個(gè)數(shù)，即接收的頻率f＝v／λ。

●若波源不動(dòng)時(shí)，觀(guān)察著朝向波源以速度V2運(yùn)動(dòng)，由于相對(duì)速度增大而使單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)觀(guān)察者的完全波的個(gè)數(shù)增多，即f2＝（v＋v2）／λ＝（v＋V2）／（v／f）＝（1＋V2／v）f，可見(jiàn)接收的頻率增大了。同理可知，當(dāng)觀(guān)察著背離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率將減小?！袢舨ㄔ匆苿?dòng)，波源朝向觀(guān)察者以速度V1運(yùn)動(dòng)，由于波長(zhǎng)變短為λ1＝λ－V1t，而使得單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)波的個(gè)數(shù)增多，即f1＝v／λ1＝fv／（v－v1），可見(jiàn)接收頻率亦增大，同理可知，當(dāng)波源背離觀(guān)察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率將減少。●觀(guān)察者接收到的頻率等于觀(guān)察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)66當(dāng)光源與接受者都不動(dòng)，但探測(cè)器探測(cè)從運(yùn)動(dòng)體散射或是反射的光波頻率同樣也是變化的，這種現(xiàn)象叫做光學(xué)多普勒效應(yīng)。光頻率的變化量f0稱(chēng)之為多普勒頻移。如圖發(fā)射機(jī)發(fā)射出的電磁波向被測(cè)物體傳輸，以速度v向發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)的被測(cè)物體接收到得信號(hào)頻率為f1=f0+

式中，f0為發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)頻率；v為被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度；λ0為發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)，λ0=c/fo;c為電磁波在真空中的傳播速度。vλ0光學(xué)多普勒效應(yīng)當(dāng)光源與接受者都不動(dòng)，但探測(cè)器探測(cè)從運(yùn)動(dòng)體散射或是反射的光波67發(fā)射機(jī)接收機(jī)發(fā)射器接收機(jī)vvλ1λ0f1f1f0f2a)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生過(guò)程示意圖b)a)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)，被測(cè)物體接受并以速度v運(yùn)動(dòng)；b)被測(cè)物體反射信號(hào)如同新的發(fā)射機(jī)并以速度v運(yùn)動(dòng)，使與發(fā)射機(jī)同地點(diǎn)的接收機(jī)接收發(fā)接收發(fā)射器接收機(jī)vvλ1λ0f1f1f0f2a)68

若把f1看成新的發(fā)射機(jī)向與發(fā)射機(jī)同地點(diǎn)的接收機(jī)發(fā)射的信號(hào)頻率，如上圖b所示，則接收機(jī)接收到的信號(hào)頻率為f2=f1+v/λ1=f0+v/λ0+v/λ1由于被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于電磁波的傳播速度，所以λ0=λ1，于是有f2=f0+2v/λ0由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻率之差稱(chēng)為多普勒頻率，即fd=f2–f0=2v/λ0（式1）式1說(shuō)明，被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度v可以用多普勒頻率來(lái)描述。一般情況下，光學(xué)多普勒效應(yīng)用下圖來(lái)說(shuō)明。圖中，S為光源，V為物體的運(yùn)動(dòng)速度。P是運(yùn)動(dòng)物體，Q是觀(guān)察者所處的位置。

速度傳感器的原理及應(yīng)用課件69如果物體P的運(yùn)動(dòng)速度為v,P的運(yùn)動(dòng)方向與PS的夾角為α，P的運(yùn)動(dòng)方向與PQ的夾角為β。則從S射出的頻率f1的光，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)物體P的散射，觀(guān)察者在Q處觀(guān)察到的頻率為f2.根據(jù)多普勒原理可得f2=f1［1+v(cosα+cosβ)/c］式中，c為真空中的光束。知道了發(fā)射頻率和接收頻率，從它們之差就可以求得。如果物體P的運(yùn)動(dòng)速度為v,P的運(yùn)動(dòng)方向與PS的夾角為α，70多普勒效應(yīng)廣泛應(yīng)用于光學(xué)，聲學(xué)，雷達(dá)，氣象以及核物理學(xué)等領(lǐng)域，大多用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度，流體流量，流速等。光學(xué)多普勒位移檢測(cè)方法具有很高測(cè)量靈敏度。例如，用He-Ne激光器作光源，運(yùn)動(dòng)速度為1m/s的頻移達(dá)1.6MHz，可測(cè)速度范圍為1ums~100m/s。