速度、转速、加速度测量
实验20-机构运动参数测定实验
本测试系统测试结果不但可以由曲线形式输出，还可以直接打印出个点数值，克服了以往测试方法所在的须对记录曲线进行人工标定和数据处理，从而带来较大幅值和相位误差等问题。
一、实验目的
1．通过实验了解位移、速度、加速度、位移、角速度、角加速度测定方法。
2．通过实验初步了解“MEC—B机械动态参数测定试仪”即光电脉冲编码器、同步脉冲发生器（或称角度传感器）的基本原理，并掌握它们的使用方法。
3．通过实验曲线和理论曲线的比较，分析产生差异的原因，增加对速度、角速度、特别是加速度、角加速度的感性认识。
MEC—B机械动态参数测试仪由于采用微机及相应的外围设备，因此在数据处理的灵活性和结果显示、记录、打印的便利、清晰、直观等方面明显优于非微机化的同类仪器。另外，操作命令采用代码和专用键相结合，操作灵活方便，实验准备工作非常简单，并且在学生进行实验时稍作讲解学生即可使用。
3、光电脉冲编码器
1、灯泡2、聚光镜3、光电盘4、光拦板5、主轴
图20-6数字电路框图
图10-7输出波形
四、实验步骤
1.滑块位移、速度、加速度测量
(1)将PP—40四色绘图仪接入测试仪后板插座，打开CRT电源开关，启动面板电源开关，数码管显示“P”，适当调整CRT亮度与对比度。若环境温度超过30°C应打开风扇开关。
(2)调整同步脉冲发生器与分度盘位置，使分度盘插入同步脉冲发生器探头的槽内。拨动带轮使分度盘转动，探头上的绿色指示灯每转2°（即一个光栅）闪烁一次，而红灯每转一圈闪烁一次。9即分度盘上同步长光栅进入探头槽内红灯不亮，其余位置都亮）
电动机运行时速度、加速度、位移测量标准
电动机运行时速度、加速度、位移测量标准下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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速度转速加速度测量
kT z
N0
n 60 1 60k T zN 0
k为周期倍乘数1，10，100….
0 晶振周期
N为计数器计数值 Z为传感器细分数
（2）转速传感器
把被测物体的转速转换成电脉冲信号。
•光电式转速传感器 •磁电感应式转速传感器 •电涡流式转速传感器
1）光电式转速传感器
转轴每旋转一周，光敏元件就输出数目与白条纹数目 相同个电脉冲信号。
一般为12000－24000r/min
二自由度陀螺特性：
（1）当二自由度陀螺底座绕垂直于X轴，且与Z轴 成 角的轴以角速度 旋转时，则将有陀螺力矩Mg 作用于框架上，陀螺力矩Mg为：
Mg Hsin
（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）如果外加力矩M绕X轴作用在陀螺上，则陀螺框
速度、转速、加速度 测量
2.角速度和线速度的相互转化。
vr
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
1、光束切断法
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的方法； 组成：两个相距为L的相同的传感器，如光电传感器、超 声波传感器、电涡流传感器等； 检测：表面粗糙度、表面缺陷、表面标记等； 处理：在测量条件基本相同的情况下，y(t)的波形和x(t) 是相似的，只是时间上推迟了t0(=L/v)，即要求出t0。
当物体向着观察点接近时，波长变短，频率变高；而远离观察点时，波 长变长，频率变低。这样通过频率的变化就能计算出卫星的高度、速度 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。
dm 往复式机械 速度、加速度测量
实验步骤、 实验步骤、方法及注意事项
（1）检查接线 （2）接通仪器电源 （3）启动计算机，并双击桌面图标 DHDAS1307 （4）采样参数设定： （5）信号通道设定：
1-1压电传感器参数设定： 压电传感器 转速测量参数设定： 1-3转速测量
实验步骤、 实验步骤、方法及注意事项
实验步骤、 实验步骤、方法及注意事项
（1）检查接线 （2）接通仪器电源 （3）启动计算机，并双击桌面图标 DHDAS1307 （4）采样参数设定： （5）信号通道设定：
1-1压电传感器参数设定： 1-3转速测量参数设定：
（6）建立显示窗口：
信号选择： 光标选择：单光标 单光标 图形属性：
（7）清零： （8）转速显示： （9）测试：
测试数据记录& 测试数据记录&计算结果
转 速 n0 r /min.
Xi max
mm
Xi min
mm
vi max
mm/s
vi min
动态力学量测试教学系统
DH1307前面板 前面板
动态力学量测试系统
DH-1307后面板 后面板
测量框图
加速度 传感器
DH1307调理器
电荷输入
a（t）m/s2 v（t）m/s x（t）m
DH1307动态力学测试 教学系统
DH1307调速器 光栅 编码器
转速输入
n r/min
实验步骤、 实验步骤、方法及注意事项
1-1压电传感器参数设定： 1-3转速测量参数设定：
（6）建立显示窗口：
信号选择： 光标选择：单光标 单光标 图形属性：
（7）建立文件名 保存、清零： 建立文件名-保存、清零： 文件名 保存 （8）转速显示：
你了解转速测量的方法有哪些
你了解转速测量的方法有哪些转速测量是指用于测量旋转物体的转速或角速度的技术方法。
转速测量在多个领域中都有应用，例如机械工程、汽车工程、航空航天工程、电力系统以及实验室研究等。
下面是一些常用的转速测量方法：1.接触式转速测量方法：-机械接触式测速器：例如机械式测速表、机械式转速计等。
这些测速器通过与旋转物体直接接触，利用测速表盘或指针的转动来显示转速。
-磁电式接触式测速器：例如霍尔元件转速传感器。
这些测速器利用旋转物体上的磁铁或磁性标记，通过磁电感应原理将转速转换为电信号输出。
-光电接触式测速器：例如光电编码器。
这些测速器使用光电转换原理，通过旋转物体上的光栅或光轮，将转速转换为光脉冲信号输出。
2.非接触式转速测量方法：-光学测量方法：例如激光测速仪、光栅测速仪等。
这些测速仪利用光学传感技术，通过测量旋转物体上的光栅或标记点的位移或速度，间接计算出转速。
-声学测量方法：例如超声波传感器、声纳传感器等。
这些测速传感器利用声音的传播速度和频率来测量旋转物体的转速。
-电磁测量方法：例如感应电动机测速法。
这种方法利用旋转物体上的导体通过磁场感应产生的感应电动势来测量转速。
-震动测量方法：例如加速度计。
这些测速器通过测量旋转物体上的振动信号来计算转速。
3.数字转速测量方法：-频率计：通过统计旋转物体上标记点通过光电传感器或磁电传感器时产生的频率来计算转速。
-计数器：通过计算单位时间内旋转物体上的标记点通过光电传感器或磁电传感器的次数来计算转速。
-相位测量方法：通过测量标记点通过光电传感器或磁电传感器所产生的信号的相位差来计算转速。
上述转速测量方法各有其特点和适用范围。
在实际应用中需要根据具体情况选择适合的测量方法。
同时，还需要注意测量精度、响应速度、适用转速范围、环境要求等因素的考虑。
速度是怎么测量的
速度是怎么测量的速度是描述物体运动快慢的物理量之一，它可以通过测量物体在单位时间内所走过的距离来确定。
本文将介绍几种常见的速度测量方法，包括平均速度、瞬时速度和相对速度。
同时，还将探讨一些与速度测量相关的注意事项和实际应用。
一、平均速度平均速度是指物体在某段时间内移动的总距离与该时间段的总时长之比。
对于匀速直线运动的物体来说，平均速度可以通过简单的计算得出。
设物体在时间t1内移动了距离s1，在时间t2内移动了距离s2，则平均速度V可以用以下公式表示：V = (s2 - s1) / (t2 - t1)平均速度的单位通常是米每秒 (m/s) 或千米每小时 (km/h)。
二、瞬时速度瞬时速度是指物体在某一瞬间的速度，即物体在某个瞬间的短时间内所移动的距离与该时间段的时长之比。
在计算瞬时速度时，需要将时间间隔缩小到无限小，即取极限。
瞬时速度可以用以下公式表示：V = lim(t->0) Δs / Δt其中Δs表示物体移动的微小位移，Δt表示时间的微小变化。
三、相对速度相对速度是指两个物体之间的速度差，即一个物体相对于另一个物体的速度。
当两个物体在同一参考系中运动时，相对速度的计算较为简单；然而，当两个物体在不同参考系中运动时，需要考虑相对运动的方向和速度。
为了计算相对速度，可以用以下公式：Vr = V1 - V2其中Vr表示相对速度，V1表示物体1的速度，V2表示物体2的速度。
注意事项和实际应用在实际应用中，速度测量需要考虑一些因素，如测量仪器的精确度、环境条件的影响等。
为了准确测量速度，常用的方法包括使用测速仪器（如雷达测速仪）和观察运动物体的位置变化。
除了物理学领域，速度的概念在其他领域也有广泛应用。
例如，在交通管理中，测速仪器被用于测量车辆的速度，以便对违规驾驶进行监督和管理。
在运动员训练中，测定运动员的速度可以帮助教练员制定合理的训练计划。
此外，无人机、电动车等技术的发展也促进了对速度测量方法的不断探索和改进。
检测技术作业答案
第二章测试系统2-2 解释下列概念：频率特性、频响函数和工作频带解：频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之间相位差是输入频率的函数的特性。
频响函数是指系统稳态输出量的付立叶变换与输入量的付立叶变换之比。
（参见教材P11页）或者频响函数是指当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比。
工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指标。
（或P25工作频率范围）2-4 某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为90.0nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为20mm/V，试计算系统的总灵敏度。
又当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？解：系统总灵敏度为：90.0×0.005×20=9mm/MPa当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量为：3.5×9=31.5mm2-5 用某一阶装置测量频率为100Hz 的正弦信号，要求幅值误差限制在5%以内，问其时间常数应取多少？如果用具有该时间常数的同一装置测量频率为50Hz 的正弦信号，试问此时的幅值误差和相角差分别为多少？解：（1）根据一阶系统的幅频特性可知：%51)(111)(A 2≤-+=-τωω，即%5)(1112≤+-τω将Hz f ππω0022==代入上式，可解得：41023.5-⨯≤τ （2）用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时：013.01)(111)(A 2=-+=-τωω，故幅值差为1.3%相角差： 3.9)arctan()(-=-=τωωφ2-6 设用一个时间常数为1s .0=τ的一阶装置测量输入为t t t x 40sin 2.04sin )(+=的信号，试求其输出)(t y 的表达式。
设静态灵敏度K=1。
解：根据一阶系统的幅频特性2)(1K )(A τωω+=、相频特性)arctan()(τωωφ-=以及静态灵敏度K=1， 将数据代入，可得：)96.7540sin(048.0)8.214sin(93.0)4arctan 40sin(1712.0)4.0arctan 4sin(16.11)( -+-=-⋅+-=t t t t t y2-8 两环节的传递函数分别为)55.3/(1.5+s 和)4.1/(412n n 22n ωωω++s s ，试求串联后所组成装置的灵敏度。
第八章 速度、转速和加速度测量
皮托管的方向与流体方向不对准； 皮托管直径不为零，静压孔实际静压力降 低； 流体受皮托管的滞止，使滞止点上游的静 压力增大。
皮托管(Pitot Tube)测速装置
全静压管
静压孔距前端不小于8倍管径，可减小头部激波对静 压的影响；
静压孔上部4个，下部6个，两侧没有，可在大仰角 飞行时减小静压误差；
第八章 速度、转速和 加速度测量
王鹏 wang_peng@
天津大学精密仪器与光电子工程学院
第一节 概述
汽车、火车、轮船、飞机 等行驶速度、加速度的测 量，行驶姿态的测量
发动机、发电机等输出轴 转速的测量
轧制板材、带材、棒材、 管材等产品速度的测量
大型设备、工程中振动的 测量
在惯性导航中的应用
皮托管装置的结构坚固耐用，稳定可靠。
多普勒(Doppler)速度测量
多普勒效应
多普勒(Doppler)速度测量
多普勒速度测量
f0 c / i
fP
c v cos1 i
fs
c
v cos2 P
fs
(c
v cos2 )(c ci
v cos1)
c v(cos2 cos1)
fd
fs
f0
i
v(cos
时间位移计算测速法
空间滤波器测速法
利用可选择一定空间频率μ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得相应的时间频
率f，求得运动体的运动速度。
v
f＝N／t0
L
μ＝N／L
v L /t0 N / f / N f /
皮托管(Pitot Tube)测速装置
理想不可压缩流体的伯努利方程
激光光纤Doppler血液流速测量
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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
整理ppt
4
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。
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。
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11
V2,p2
V1,p1
z2
z1
1.势能（Potential energy）: mgz1, mgz2，Permass:
gz1, gz2
2.动能（Kinetic energy）:
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
fN t0
v L N f f
t0 N
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3
2. 角速度和线速度的相互转化。
速度、转速、加速度测 量
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1
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
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2
图4多普勒效应原理
K i表 示 平 行 于 入 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 ； K s表 示 平 行 于 散 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量
若 P 点 以 速 度 v k i远 离 光 源 ， 则 对 P 点 来 说 入 射 光 的 视 在 频 率 为 (：Apparent frequency)
皮托管头部和支杆对流场的影整理响ppt
17
2、皮托管偏离特性的影响
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结论： 皮托管方 向要正对 流体流向。
18
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
；
=
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
1 2
m
v12
1 2
m
v22
Permass:
1 2
v 12
1 2
v 22
3.压力能（Pressure energy）:
Workdone＝force×distance=
pA
m
A
mp
Permass: p 1
p2
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12
（二） 皮托管的结构
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13
整理ppt
14
g zA1 2v 1 2p sg zA1 2v2 2p t 皮托管测速原理图
' 2 3 8 M 5 1 .4 3 1 ( 7 M 2 1) 2.5 M 2
正，将会产 生10%左右 的测量误差。
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19
多普测速
▪ 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 2
v12
ps
1 2
v22
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)
整理ppt
15
修正后的流速公式：
v
2
(
pt
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
▪ 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。
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20
ki
ks P
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ： f0 = c / λ i, c为 光 速 ， i为 入 射 光 波 波 长 。
f p = ( c - v ki ) / λi， c - v k i入 射 波 相 对 于 P 点 的 速 度
对光电探测器来说，散射光视在波长、频率分别为：
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7
图3 相关测速原理图
y(t)x(tt0)
Rxy()T li m T 10Tx(t)y(t)dtlimT 10Tx(tt0)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。
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5
图2 光束切断式速度测量
v L NT
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6
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
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。
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16
（三） 测量误差分析
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
vr
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。
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9
皮托管测速法
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10
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)