一种用多路平行光敏阵列进行非接触速度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种用多路平行光敏阵列进行非接触速度测量装置，该装置由激光器、光敏三级管阵列、同步采集卡和信号处理单元四部分组成，激光器固定于运动目标之上，光敏三极管阵列置于运动目标运动轨迹的下方，光敏三级管阵列的排列方向与激光器垂直、与运动目标运动方向一致，信号采集卡安装于计算机上；当运动目标从光敏三极管阵列上方掠过，激光则以相同的运动方式扫过光敏三极管阵列，从而使光敏三极管阵列产生一系列脉冲信号，并被脉冲信号采集卡采集，最终通过计算机系统运算处理，得到测量结果。本发明专利技术在速度测量过程中能够满足测速范围大、精度高、动态特性好、可溯源等要求，它在非接触速度测量领域内具有广泛地实用价值和应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用多路平行光敏阵列进行非接触速度测量装置，可以对速度、位移、加速度等运动参数进行动态测量，属于计算机测量
(二)
技术介绍
目前，人们所研究的速度测量方法主要可分为接触测量和非接触测量两种。前者缺点是对于物体的运动姿态和运行速度均有影响；动态特性差、随机性大、测量精度低、受实验环境的限制、操作繁琐、效率低等；后者在动态性，测量精度等方面有所提高，但是也有其自身的缺点。接触测量法测量可分为铜丝网靶、箔靶和网丝一惯性靶等；非接触测量法可分为天幕靶、线圈靶、激光靶、光电靶、声靶以及测速仪等。接触测量法，其接触测量传感器主要有铜丝网靶(物体通过网耙时会将金属丝切断，产生一个电压突变信号控制定时器计时，计算速度)、箔靶(物体穿靶瞬间接通两层金属箔片)等。非接触测量法，其非接触测量传感器主要有天幕耙(以自然光为光源，根据光电转换原理制成的一种非接触式的区截装置，其受环境光线的影响较大)、线圈靶(以电磁感应原理工作的非接触式测速方法，不能用于非导磁材料测量)、多普勒雷达测速(运用多普勒效应，探测物体在运动过程中引起的探测雷达的频率的变化，价格昂贵、体积庞大，且产生明显的电磁辐射)等。(三)
技术实现思路
1、 目的本专利技术的目的在于提供一种用多路平行光敏阵列进行非接触速度测量装置，它在速度测量过程中能够满足测速范围大、精度高、动态特性好、可溯源等要求。2、 技术方案本专利技术一种用多路平行光敏阵列进行非接触速度测量装置，该装置由激光器、光敏三级管阵列、同步采集卡和信号处理单元四部分组成，该装置示意图如图1所示；该图1反映了本专利技术所述装置的工作原理，其激光器固定于运动目标之上，光敏三极管阵列置于运动目标运动轨迹的下方，光敏三级管阵列的排列方向与激光器垂直且与运动目标运动方向一致，信号采集卡安装于计算机(工控机)上；当运动目标从光敏三极管阵列上方掠过，激光则以相同的运动方式扫过光敏三极管阵列，从而使光敏三极管阵列产生一系列脉冲信号，并被脉冲信号采集卡采集，最终通过计算机系统运算处理，得到测量结果。所述激光器，是选用出射光为一字线形的激光器，它安装在运动目标(滑块)上。其作用是使发光的激光器带有运动目标的运动信息。所述光敏三级管阵列，是由光敏三极管单元、芯片74LS32 (或运算功能)及CPLD (逻辑运算)等组成，它用于接收激光器发出的带有运动信息的激光信号，并可以将接收到的光信号转化为对应的电脉冲信号以被信号采集系统采集。本专利技术采用多路平行光敏三极管阵列同时测量，每一路信号输出独立。光敏三极管选用贴片式封装以减小其体积占用空间，以便能使阵列更加密集。所述同步采集卡是变频脉冲信号采集卡，可利用单周期频率测量原理，实现对脉冲信号的测量。同步采集卡具有外部时钟同步功能，可实现多模块同步采集。由于每一路光敏三极管阵列信号输出都是独立的，因此，需用到多块变频脉冲信号采集卡。每一块采集卡对应采集一路光敏三极管阵列信号的输出。各路信号采集同步进行。所述信号处理单元是利用计算机VC程序，对采集数据进行运算处理。当运动目标沿花键轴向前运动时，激光在光敏三级管阵列上掠过，光敏三级管阵列输出脉冲序列信号。该脉冲序列中任意二脉冲间的时间间隔《就是运动目标掠过光敏元件阵列相应元件位置时，通过A距离所需的时间。在该区间上，运动速度的平均值^^丄 (1)石此平均速度就是该测量方法在该区间上中心位置的瞬时速度。但是，另一方面，A越大，则测量的动态特性越低；因此，本专利技术采用了多路密集交错的光电阵列来解决精度与动态特性的问题。如选用四路，如图2所示，每路光敏三极管水平相错固定距离，每路的测量信号单独输出。其中，光敏三极管选用贴片式封装以减小其体积占用空间，以便能使阵列更加密集。激光器则选 用抗冲击能力强的一字线形激光器，一字形激光器与光敏三级管阵列的排列方向 垂直。当激光器从光敏三级管阵列上掠过时，各路将分别产生脉冲信号。对各路 的脉冲信号进行单独采集，最终对这些等间隔相错的脉冲信号进行运算处理和数 据拟合，得到相对高精度的速度测量值。由于线运动的速度、加速度和位移三者之间可以通过求微分和积分相互推导 求出，如下式<formula>formula see original document page 5</formula>因此，该测量方法同样可以适用于测量线运动目标的加速度和位移。 3、优点及功效本专利技术与现有技术相比，其优点是1) 本专利技术感光元件选用型号为PT600的贴片式的光敏三极管，其具有体积 小(1.6mmX1.6mm)，响应速度快的特点。光敏三极管阵列可以排列的非常密 集，因此，可以根据测量精度及动态测量指标要求，调整光敏三极管阵列的排列 密集程度，使之能够满足高精度测量。2) 本专利技术采用多路平行光敏三极管测量，每一路排列方式完全相同，但相 邻两路都相错固定距离。每一路测量信号输出独立，但各路输出信号之间具有一 定关系，通过对各路信号的综合分析处理，使测量运算结果在可以满足高精度测 量的同时，提高速度测量的动态特性。3) 本专利技术可测量范围大，精度高，并具有可溯源性。光敏三极管PT600的 上升沿和下降沿的响应时间均为10us，以相邻两光敏三极管相距6mm、测量最 大速度为30m/s为例，经误差合成分析及计算，精度可达0.5%。能够满足高精 度测量。4) 本专利技术结构简单，可控性好，对环境要求低，例如受环境的温度、光线、 湿度、电磁场干扰等影响很小，易于实现。5) 本专利技术可以同时用于测量速度、加速度和位移等运动参数，由于其精度 较高，可以用于对速度传感器、加速度传感器、位移传感器的校准。附图说明图1本专利技术所述的速度测量装置示意2光敏三极管阵列示意图图3光敏三极管阵列单元电路图图4光敏三极管阵列信号测量流程图图5数据采集与处理流程图图中符号说明如下1激光器；2光敏三级管阵列；3同步采集卡；4信号处理单元； L相邻两光敏三极管中心距；d相邻两路对应光敏三极管水平中心距; t ll^tln第一路光敏三极管相对应的脉冲信号上升沿的采集时间； t21—t2n第二路光敏三极管相对应的脉冲信号上升沿的采集时间； t31—t3n第三路光敏三极管相对应的脉冲信号上升沿的采集时间； t41一t4n第四路光敏三极管相对应的脉冲信号上升沿的采集时间。具体实施例方式本专利技术一种用多路平行光敏阵列进行非接触速度测量装置，该装置由激光器 1、光敏三级管阵列2、同步采集卡3和信号处理器4四部分组成，如图1所示。所述激光器l，是选用一字线型激光器，其波长为650nm，线宽在0.5m范 围内《0.5mm，光束发散度0.3—1.5mrad，它安装在运动目标滑块上；所述光敏三级管阵列2，是由光敏三极管单元、芯片74LS32 (或运算功能) 及CPLD (逻辑运算)等组成。其中，光敏三极管单元由等距离分布在电子线路 板上型号为PT600的光敏三极管及其附加电路组成，水平方向相邻的两光敏三 极管中心距记为Lmm,位置精度土0.05mm;其中L的大小取决于测量的精度要求， L越大，则测量精度较高。为提高速度测量的动态性，整个光敏三极管阵列2由 多路平行，且每一路相错一定距离的光敏三极管阵列组成，每一路光敏三极管阵 列信号输出都是独立的。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用多路平行光敏阵列进行非接触速度测量装置，其特征在于：该装置由激光器、光敏三级管阵列、同步采集卡和信号处理单元四部分组成，激光器固定于运动目标之上，光敏三极管阵列置于运动目标运动轨迹的下方，它排列的方向与激光器垂直且与运动目标运动方向一致，信号采集卡安装于计算机即工控机上；　所述激光器，是选用出射光为一字线形的激光器，它安装在运动目标即滑块上，使发光的激光器带有运动目标的运动信息；　所述光敏三级管阵列，是由光敏三极管单元、运算功能芯片７４ＬＳ３２、及逻辑运算Ｃ ＰＬＤ组成，它用于接收激光器发出的带有运动信息的激光信号，并将接收到的光信号转化为对应的电脉冲信号以被信号采集系统采集；本装置采用多路平行光敏三极管阵列同时测量，每一路信号输出独立；光敏三极管选用贴片式封装使阵列更加密集；　所述同步采 集卡是变频脉冲信号采集卡，实现对脉冲信号的测量；同步采集卡具有外部时钟同步功能，实现多模块同步采集；采用多块同步采集卡，每一块同步采集卡对应采集一路光敏三极管阵列信号的输出，各路信号采集同步进行；　所述信号处理单元是利用计算机ＶＣ程序 ，对采集数据进行运算处理。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟晓风，任小博，王琳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[]