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德國LENORD+BAUER速度傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
閱讀：563 發(fā)布時(shí)間：2023-6-13廣聯(lián)為您分享一下德國LENORD+BAUER速度傳感器的工作原理二十要點(diǎn)如下
1、L+B速度傳感器的原理、分類及應(yīng)用速度傳感器定義：定義：能感受被測速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。A.從物體運(yùn)動(dòng)的形式運(yùn)動(dòng)的形式來看，速度的測量分為線速度測量和角速度測量；B.從運(yùn)動(dòng)速度的參考基準(zhǔn)參考基準(zhǔn)來看分為絕對速度測量和相對速度的測量；C.從速度的數(shù)值特征數(shù)值特征來看分為平均速度測量和瞬時(shí)速度測量；D.從獲取物體運(yùn)動(dòng)速度的方式速度的方式來看分為直接速度測量和間接速度測量。 線速度的計(jì)量單位通常用m/s；在工程上通常用km/s。（1）速度的測量方法）速度的測量方法l時(shí)間、位移計(jì)算方法時(shí)間、位移計(jì)算方法l這種方法是根據(jù)速度的定義測量速度，即通過測量距離和行走該距離的時(shí)間，然后求得平均速度。取得越
2、小，則求得速度越接近運(yùn)動(dòng)體的瞬時(shí)速度。由此原理，可以延伸出多種測量速度的方法，如：相關(guān)測速法和空間濾波器測速法。所謂相關(guān)測速法所謂相關(guān)測速法是利用求隨機(jī)過程互相關(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù)極值的方法來測量速度。設(shè)平穩(wěn)隨機(jī)過程觀察的時(shí)間為T，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 TxydttxtyTR01當(dāng)被測運(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得的痕跡變化或標(biāo)記。在固定的距離上裝兩個(gè)檢測器，如圖a所示。A和B是用于檢測痕跡變化的。轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)波形如圖b所示。這兩個(gè)信號(hào)是測量獲得的物體表面變化的隨機(jī)過程 在測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 tytx, tytx,0
3、t 0ttxty 就是物體上某點(diǎn)從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間，測量 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。在測量足夠長的時(shí)間 內(nèi)， 互相關(guān)函數(shù)為0t0tv0tLv 0tT tytx, 000011limlimtRdttxttxTdttxtyTRxTTTTxy 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。 xR0tRx xR0t0t0tRx xyR0t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)所對應(yīng)時(shí)間就是 ，即可求得速度 。在工程上用
4、這種方法可以測量軋鋼時(shí)板材速度、流體流動(dòng)速度、汽車車速等。 tytx,0tv 所謂空間濾波器測速法所謂空間濾波器測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物體同步運(yùn)動(dòng)，然后在單位空間內(nèi)測量相應(yīng)的時(shí)間頻率，求得運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度。 空間濾波器空間濾波器是能夠選擇一定空間頻率段的器件?？臻g頻率空間頻率是指單位空間線度內(nèi)物理量周期性變化的次數(shù)，它可以用右圖來表示。在柵格板上刻有透明的相間狹縫，高在空間長度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，則光檢測器檢測到的時(shí)間頻率為f=N/t
5、。由于N=u*L，時(shí)間頻率和空間頻率的關(guān)系為vtLf由此可知，速度V可用空間頻率來描述。右圖為空間濾波器的測速原理圖。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，通過測頻即可測量速度。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檢測傳送帶、鋼板、車輛等的運(yùn)動(dòng)速度，也可以用于轉(zhuǎn)動(dòng)物體為背景的角速度測量，它的檢測范圍為1.5250 km
6、/h，測量精度可達(dá)0.5%。2）加速度積分法和位移微分測量法）加速度積分法和位移微分測量法 測量到運(yùn)動(dòng)體的加速度信號(hào) ，并對時(shí)間t積分，就可得到運(yùn)動(dòng)體的速度；測量運(yùn)動(dòng)體的位移信號(hào)，并將其對時(shí)間微分，也可以得到速度，這兩種方法相同。利用該方法典型實(shí)例是振動(dòng)測量中，利用加速度計(jì)測量振動(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)測量速度）利用物理參數(shù)測量速度 利用速度大小與某些物理量間的已知關(guān)系間接地測量物體運(yùn)動(dòng)的速度。如：電動(dòng)式速度傳感器電動(dòng)式速度傳感器和電磁式速度傳感器電磁式速度傳感器。2電動(dòng)式速度傳感器電動(dòng)式速度傳感器的
7、結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由軛鐵、磁鐵、線圈及支承彈簧等組成。磁鐵和軛鐵產(chǎn)生一個(gè)均勻磁場，線圈安裝在這個(gè)磁場中。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，在線圈兩端將產(chǎn)生與磁通量 的減少速率成正比的電壓 ，即VdtdV如果傳感器中的線圈沿與磁場垂直方向運(yùn)動(dòng)，在線圈中便可產(chǎn)生與線圈速度成正比的感應(yīng)電壓，由此可從輸出電壓中測得速度。這種傳感器的靈敏度與磁通密度、線圈的匝數(shù)及其展開面積的乘積成正比。但線圈的面積越大，蘭寶傳感器的體積也越但線圈的面積越大，傳感器的體積也越大，且會(huì)使其動(dòng)態(tài)特性變壞。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)，線圈位移產(chǎn)生的電流會(huì)產(chǎn)生與磁場作用的反作用力，這種
8、反作用力可用在測量中起阻尼作用。該型傳感器的測量范圍為 。 LRsm/101024 電磁式速度傳感器電磁式速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示，它由磁鐵和線圈等構(gòu)成。磁鐵和運(yùn)動(dòng)物體相連，線圈處于固定狀態(tài)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)磁鐵從線圈旁邊經(jīng)過時(shí)，線圈便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢，如果磁鐵經(jīng)過的路徑不變，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，可以通過這個(gè)脈沖電壓的峰值來確定磁鐵的運(yùn)動(dòng)速度。將磁鐵固定在被測物體上，即可測得物體的運(yùn)動(dòng)速度。轉(zhuǎn)速測量數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器：數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器：把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)最主要頻率法測轉(zhuǎn)速最主要頻率法測轉(zhuǎn)速式中，z為旋轉(zhuǎn)
9、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 = 60 x N/zt電子計(jì)數(shù)器：電子計(jì)數(shù)器：在采樣時(shí)間內(nèi)對轉(zhuǎn)速傳感器輸在采樣時(shí)間內(nèi)對轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。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。當(dāng)計(jì)數(shù)器的顯示值為N時(shí)，被測量的轉(zhuǎn)速為n,則有轉(zhuǎn)速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器的種類很多，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350 km/h的高速鐵路線路上，列車的測速定位問題顯得越來越重要。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)速傳感器測速的基本工作原理：利用車輪的周長作為“尺子"測量列車走行距離，根據(jù)所測距
10、離測算列車運(yùn)行速度。 其基本公式為：V=Dn/3.6式中，=3.14，D為車輪直徑，n為車輪轉(zhuǎn)速。從上式可知，測量列車速度就是檢測列車車輪轉(zhuǎn)速和列車輪徑。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)行頻率測量，再經(jīng)換算從而得出車組速度和走行距離。其原理框圖如下圖。脈沖轉(zhuǎn)速傳感器 隔離 整形頻率測量與計(jì)算脈沖轉(zhuǎn)速傳感器原理框圖車組速度和走行距離2）磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器 當(dāng)安裝在被測轉(zhuǎn)軸上的齒輪當(dāng)安裝在被測轉(zhuǎn)軸上的齒輪( (導(dǎo)磁體導(dǎo)磁體) )旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)時(shí)，其齒依次通過磁鐵兩磁極間的間隙，使磁其
11、齒依次通過磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的路的磁阻和磁通磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線圈發(fā)生周期性變化，從而在線圈上上感應(yīng)感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成此例的交流出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成此例的交流電壓信號(hào)電壓信號(hào)u u0 0。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)減小到無法檢測出來的程度。故這種傳感器不適合壓幅值將會(huì)減小到無法檢測出來的程度。故這種傳感器不適合于低速測量。于低速測量。轉(zhuǎn)速傳感器在車輪上的安裝霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中）中的應(yīng)用的應(yīng)用 若汽車在剎車時(shí)車
12、輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。剎車力的大小。帶有微帶有微型磁鐵型磁鐵的霍爾的霍爾傳感器傳感器鋼質(zhì)鋼質(zhì)霍爾霍爾光電轉(zhuǎn)速傳感器2312 31(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)是在待測轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤，在調(diào)置盤一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過盤上小孔到達(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。 在待測轉(zhuǎn)速的軸上固定一個(gè)涂上黑白相間條紋
13、的圓盤，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)。3）電渦流位移傳感器轉(zhuǎn)速測量 若轉(zhuǎn)軸上開若轉(zhuǎn)軸上開z z 個(gè)槽個(gè)槽( (或齒或齒) )，頻率計(jì)的，頻率計(jì)的讀數(shù)為讀數(shù)為f（單位為（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速速n（單位為（單位為r/min）的計(jì)算公式為）的計(jì)算公式為 60 fnz4）閃光測轉(zhuǎn)速法）閃光測轉(zhuǎn)速法利用人眼的視覺暫留視覺暫留現(xiàn)象（0.05s0.2s）來測量轉(zhuǎn)速。視覺暫留：視覺暫留：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)的閃光燈照射被測旋轉(zhuǎn)軸上的某一固定標(biāo)記(
14、如齒輪的齒，圓盤的輻條或在旋轉(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)過整數(shù)倍時(shí)，即 nk0f 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= mn閃光測速法需要注意（1）若已知被測轉(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）若無法預(yù)知范圍，則從低頻上調(diào)，直至出現(xiàn)多重像； 如，ZLS-C50測速傳感器是特別定制高精度的一款測速傳感器，其精度小于0.05%。它
15、是非接觸精密測量物體運(yùn)行速度的利器。它不僅能測運(yùn)行速度，還能測量運(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)。它不僅能測量大物體，也能測量細(xì)小物體,是目前一款性能非常優(yōu)異的在線測速度傳感器。有興趣的可以看看傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)清華大學(xué)出版社，陶艷紅等編觀察者接收到的頻率等于觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的波的個(gè)數(shù)，當(dāng)波以速度v通過接收者時(shí)，時(shí)間t內(nèi)通過的波的個(gè)數(shù)為Nvt因而單位時(shí)間內(nèi)通過接收者的波的個(gè)數(shù)，即接收的頻率fv。 若波源不動(dòng)時(shí)，觀察著朝向波源以速度V2運(yùn)動(dòng)，由于相對速度增大而使單位時(shí)間內(nèi)通過觀察者的波的個(gè)數(shù)增多，即 f2（vv2）（vV2 2）（vf）（1V2v）f， 可見接
16、收的頻率增大了。同理可知，當(dāng)觀察著背離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率將減小。 若波源移動(dòng)，波源朝向觀察者以速度V1運(yùn)動(dòng)，由于波長變短為1V1t，而使得單位時(shí)間內(nèi)通過波的個(gè)數(shù)增多，即f1v1fv（vv1），可見接收頻率亦增大，同理可知，當(dāng)波源背離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率將減少 。n當(dāng)光源與接受者都不動(dòng)，但探測器探測從運(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稱之為多普勒頻移。n如圖發(fā)射機(jī)發(fā)射出的電磁波向被測物體傳輸，以速度v向發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)的被測物體接收到得信號(hào)頻率為 f1= f0 + 式中，f0為發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)頻率；v為被測物體的運(yùn)動(dòng)速度；0為發(fā)射信號(hào)的波長，0
17、=c/fo; c為電磁波在真空中的傳播速度。v0發(fā)射機(jī)接收機(jī)發(fā)射器接收機(jī)vv10f1f1f0f2a) 多普勒效應(yīng)產(chǎn)生過程示意圖b)a)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)，被測物體接受并以速度v運(yùn)動(dòng)；b)被測物體反射信號(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 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= f 1 + v/1= f0 + v/0 + v/1 由于被測物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于電磁波的傳播速度，所以0=1，于是有 f2 = f0 + 2v/0由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻率之差稱為多普勒頻率，即 fd=f2f0=2v/0 （式1）式1
18、說明，被測物體的運(yùn)動(dòng)速度v可以用多普勒頻率來描述。一般情況下，光學(xué)多普勒效應(yīng)用下圖來說明。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是觀察者所處的位置。 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，P的運(yùn)動(dòng)方向與PQ的夾角為。則從S射出的頻率f1的光，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)物體P的散射，觀察者在Q處觀察到的頻率為f2.根據(jù)多普勒原理可得 f 2 = f11 + v ( cos+ cos)/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。 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
19、測方法具有很高測量靈敏度。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，可測速度范圍為1ums100m/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。在許多特殊場合下，例如在測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量系統(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)射透鏡反射回來的光，在光電探測器前面裝
20、一塊偏振片R，使光電探測器只能檢測出與原來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。激光多普勒光纖測速系統(tǒng)示意圖多普勒雷達(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)可以對被測物體進(jìn)行線速度和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量。多普勒雷達(dá)產(chǎn)生的多普勒頻率為：)(cos20HzKvvFd 被測物體的線速度 電磁波方向與速度方向的夾角； 電磁波的波長； 電磁波方向與被測物體的速度分量。用多普勒雷達(dá)測運(yùn)動(dòng)物體線速度的方法，已廣泛應(yīng)用于檢測車輛的行駛速度。 v0cosv多普勒雷達(dá)檢測線速度的工作原理圖 目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。