expo ETM-IS11-113

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深圳市扎克貿(mào)易有限公司 

張瑞 188-24-24-30-80（V同）

Q 306-167-1820

非接觸速度測量原理非常簡單。原始的“工具”就是你的眼睛。每個人都可以通過鐵路車廂或車窗快速瀏覽一下移動速度。大腦將通過評估到某個物體的距離及其角速度或僅僅是生活經(jīng)驗來處理信號。傳感器用于評估相同的參數(shù)，但精度更高。

首先讓我們考慮一下激光傳感器，因為它的設(shè)計更簡單。為了做到這一點(diǎn)，需要一個移動的物體，一個光源（否則什么也看不到）和一個由透鏡和光檢測器代表的光學(xué)系統(tǒng)來記錄反射信號。物體表面的顏色和光潔度是不均勻的，因此在移動時，光電探測器應(yīng)記錄與速度成正比的信號頻率。該頻率的典型值由光檢測器配準(zhǔn)區(qū)域的線性大小和物體穿過該區(qū)域所需的時間段定義。因此，該任務(wù)應(yīng)被視為已解決，但是精確度卻是非常需要的。光學(xué)系統(tǒng)記錄了所謂的低頻信號。為了提高測量精度，需要使移動物體產(chǎn)生的頻譜變窄。這可以通過空間濾波器（與光學(xué)光柵傳感器有關(guān)的術(shù)語）來實現(xiàn)。盡管激光傳感器用于產(chǎn)生條紋（干涉）圖案，即在激光束（檢測區(qū)域）內(nèi)對物體照明進(jìn)行周期性調(diào)制。由于激光輻射相干特性，這是可行的，因為所有光子都在光束中定相。初始光束應(yīng)一分為二，并在角度上重新合并。在這種情況下，它將形成一個空間濾波器。

現(xiàn)在，對象輪廓或顏色越過此結(jié)構(gòu)濾鏡的任何變化都將生成強(qiáng)度按以下頻率調(diào)制的反射信號：照明周期–穿越速度。信號頻譜變得越來越窄，具體取決于生成的周期數(shù)（周??期越多，頻譜越窄）。奇異的輪廓或顏色變化不僅應(yīng)生成一個脈沖，而且還應(yīng)生成大多數(shù)脈沖（脈沖組），其數(shù)量由多個條紋圖案周期定義。例如，實際上，光束直徑為5 mm，邊緣周期為0.05 mm，將產(chǎn)生100束光束，并相應(yīng)地產(chǎn)生脈沖組。考慮到頻譜與上述低頻信號相比變窄了大約100倍，因此該信號現(xiàn)在是不足的，中斷的，被稱為虛假信號。

在使用光學(xué)傳感器的情況下，物體被均勻的光源（燈泡或LED）照亮，并且周期性的紋理（圖案）位于傳感器內(nèi)部。這為圖案提供了額外的保護(hù)（一個明顯的例子是雪橇與雪橇），但是卻導(dǎo)致了很多問題，包括頻率響應(yīng)（配準(zhǔn)信號頻率與物體速度之間的比例因數(shù)，取決于Hz / m（m / s）的依賴性。到物體的距離。展望未來，應(yīng)該注意這個問題已經(jīng)得到有效解決。

有關(guān)激光和光速傳感器操作的詳細(xì)分析（空間濾波器的生成方法，信號處理方法等），請參見專論*。理論部分設(shè)在兩百頁上。然而，沒有可用于制造傳感器的實用指南，該指南應(yīng)在真實和不利條件下工作（例如，主要溫差，各種表面或測量過程中的距離變化）。
世界上有一些真正的非接觸式傳感器制造商。大約有10個激光傳感器制造商，而少于10個光學(xué)傳感器制造商。在本文中，我們將介紹兩種類型的傳感器。

傳感器設(shè)計的主要特點(diǎn)。激光傳感器采用了基于波前光束分割原理的光學(xué)單塊單元。它提供了一個穩(wěn)定的條紋圖案，該圖案具有耐溫差性，并且光束傳播的差值為零，從而在距物體的較寬距離范圍內(nèi)實現(xiàn)了大的光束偏移范圍。另外，不需要光學(xué)塊調(diào)整。傳感器接收圖案系統(tǒng)的光學(xué)原理圖*消除了物距測量速度的依賴性，從而保留了較高的光學(xué)照明能力。

帶有信號處理器的*微電路和微控制器還用于接收模擬電子產(chǎn)品中的硬件信號處理，從而實現(xiàn)高頻速度的精確測量并實現(xiàn)各種輸出的模擬，頻率和數(shù)字信號。制造了兩種類型的傳感器，它們的標(biāo)稱物距為15至130 cm，測得的速度范圍為0.01至100 m / s，可用于車輛的工業(yè)應(yīng)用（詳細(xì)說明請參見ISD-3和ISD-5）。

請注意，兩個傳感器都根據(jù)測得的速度（按時間積分速度）來測量里程（實際需要的長度）。所述可獲得的測量精度（以測量頻率表示傳感器的容量）已達(dá)到其實際極限，實際上超出了所需的需求。因此，技術(shù)數(shù)據(jù)規(guī)定長度測量精度小于0.1％。但是，此參數(shù)取決于長度本身以及獨(dú)立檢查此準(zhǔn)確性的可能性（從下面給出的示例中可以看出，但是實際測量可以更加準(zhǔn)確）。因此，應(yīng)將重點(diǎn)放在測量的可靠性上，即設(shè)備在不同條件和表面類型下應(yīng)*。

還有一些其他評論與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)任務(wù)下的距離測量有關(guān)。讓我們假設(shè)有一個長的運(yùn)動物體（金屬條，玻璃板，布等），應(yīng)將其切成一定長度的碎片。達(dá)到該值時，傳感器應(yīng)向執(zhí)行器發(fā)出信號。假設(shè)有一個數(shù)字輸出（以太網(wǎng)，USB）可用于讀取當(dāng)前的測量長度。例如，在等于50 Hz的測量頻率和1 m / s的物體速度下，當(dāng)前長度數(shù)據(jù)增量（1 m / s）/（0.02 sec）= 2 cm。但是，這可能還不夠。但是，有一個長脈沖輸出，其比率為每1 m / s 1000 Hz或每米1000脈沖。該輸出頻率每秒更新50次，即在任何速度下測得的距離增量均應(yīng)等于1 mm。

下面是一些具有精度評估和測量頻率的傳感器應(yīng)用示例。

ISD-5激光傳感器在道路上的應(yīng)用測試。

傳感器安裝的高度大約為50厘米（允許的極限值為35到65厘米）。測量頻率為54.2 Hz，速度測量范圍為0.02–110 km / h。裝有傳感器的車輛在1公里長的電路路徑上行駛（在城市道路上，在晴天，環(huán)境溫度為–7?С）。車輛以可變速度（0–50 km / h）行駛了幾站。測量結(jié)果定義為每3圈-1055.740 m，1056.244 m和1055.33 m，即，考慮到該路徑未*重復(fù)，測量頻率小于0.05％。

圖1.安裝在車輛上的ISD-3光學(xué)傳感器和ISD-5激光傳感器進(jìn)行試運(yùn)行。

光學(xué)和激光兩個傳感器一起使用。它們已如圖1所示安裝在車輛上。ISD-3傳感器安裝的標(biāo)稱高度距離地面50厘米，ISD-5激光傳感器離地面130厘米，但安裝高度為100厘米。在長度大致相等的瀝青路面的筆直部分（每個方向2圈）上取四圈。測試后，評估相對傳感器的測量差異。結(jié)果示于表1。

表1.光學(xué)ISD-3和激光ISD-5在同一路徑上收到的并行測量結(jié)果。

因此，在車輛上使用的兩個傳感器的實際測量質(zhì)量是相等的，并且相對測量頻率是基點(diǎn)。還要注意的是，對于這種類型的應(yīng)用，光學(xué)傳感器是更可取的，因為它更能抵抗外部負(fù)面影響（溫度，雪，雨），特別是它對接收光學(xué)污染物的容忍度很高。可以將其與照相相機(jī)進(jìn)行比較：即使鏡頭很臟，仍然可以拍照。同時，激光傳感器光學(xué)器件上的水滴可能會導(dǎo)致物體上條紋圖案的強(qiáng)烈破壞。
為了評估整體測量質(zhì)量，有一個圖2所示的帶有貨物列車的機(jī)車的加速度/制動速度圖（Schsherbinskiy鐵路試驗場，ISD-3傳感器，標(biāo)稱距離為80厘米。傳感器安裝在底部）。機(jī)車，并指向鐵軌）。該圖可以評估即時速度測量的準(zhǔn)確性，因為鐵路車輛的運(yùn)動是大平滑速度的一個示例。同樣作為示例，提供了一些有用的圖形，用于汽車輪胎在冰上的制動測試（在帶有光學(xué)傳感器的莫斯科Mytishy的冰場Arena上執(zhí)行）。