expo ETM-IS11-113

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深圳市扎克贸易有限公司 

张瑞 188-24-24-30-80（V同）

Q 306-167-1820

非接触速度测量原理非常简单。原始的“工具”就是你的眼睛。每个人都可以通过铁路车厢或车窗快速浏览一下移动速度。大脑将通过评估到某个物体的距离及其角速度或仅仅是生活经验来处理信号。传感器用于评估相同的参数，但精度更高。

首先让我们考虑一下激光传感器，因为它的设计更简单。为了做到这一点，需要一个移动的物体，一个光源（否则什么也看不到）和一个由透镜和光检测器代表的光学系统来记录反射信号。物体表面的颜色和光洁度是不均匀的，因此在移动时，光电探测器应记录与速度成正比的信号频率。该频率的典型值由光检测器配准区域的线性大小和物体穿过该区域所需的时间段定义。因此，该任务应被视为已解决，但是精确度却是非常需要的。光学系统记录了所谓的低频信号。为了提高测量精度，需要使移动物体产生的频谱变窄。这可以通过空间滤波器（与光学光栅传感器有关的术语）来实现。尽管激光传感器用于产生条纹（干涉）图案，即在激光束（检测区域）内对物体照明进行周期性调制。由于激光辐射相干特性，这是可行的，因为所有光子都在光束中定相。初始光束应一分为二，并在角度上重新合并。在这种情况下，它将形成一个空间滤波器。

现在，对象轮廓或颜色越过此结构滤镜的任何变化都将生成强度按以下频率调制的反射信号：照明周期–穿越速度。信号频谱变得越来越窄，具体取决于生成的周期数（周​​期越多，频谱越窄）。奇异的轮廓或颜色变化不仅应生成一个脉冲，而且还应生成大多数脉冲（脉冲组），其数量由多个条纹图案周期定义。例如，实际上，光束直径为5 mm，边缘周期为0.05 mm，将产生100束光束，并相应地产生脉冲组。考虑到频谱与上述低频信号相比变窄了大约100倍，因此该信号现在是不足的，中断的，被称为虚假信号。

在使用光学传感器的情况下，物体被均匀的光源（灯泡或LED）照亮，并且周期性的纹理（图案）位于传感器内部。这为图案提供了额外的保护（一个明显的例子是雪橇与雪橇），但是却导致了很多问题，包括频率响应（配准信号频率与物体速度之间的比例因数，取决于Hz / m（m / s）的依赖性。到物体的距离。展望未来，应该注意这个问题已经得到有效解决。

有关激光和光速传感器操作的详细分析（空间滤波器的生成方法，信号处理方法等），请参见专论*。理论部分设在两百页上。然而，没有可用于制造传感器的实用指南，该指南应在真实和不利条件下工作（例如，主要温差，各种表面或测量过程中的距离变化）。
世界上有一些真正的非接触式传感器制造商。大约有10个激光传感器制造商，而少于10个光学传感器制造商。在本文中，我们将介绍两种类型的传感器。

传感器设计的主要特点。激光传感器采用了基于波前光束分割原理的光学单块单元。它提供了一个稳定的条纹图案，该图案具有耐温差性，并且光束传播的差值为零，从而在距物体的较宽距离范围内实现了大的光束偏移范围。另外，不需要光学块调整。传感器接收图案系统的光学原理图*消除了物距测量速度的依赖性，从而保留了较高的光学照明能力。

带有信号处理器的*微电路和微控制器还用于接收模拟电子产品中的硬件信号处理，从而实现高频速度的精确测量并实现各种输出的模拟，频率和数字信号。制造了两种类型的传感器，它们的标称物距为15至130 cm，测得的速度范围为0.01至100 m / s，可用于车辆的工业应用（详细说明请参见ISD-3和ISD-5）。

请注意，两个传感器都根据测得的速度（按时间积分速度）来测量里程（实际需要的长度）。所述可获得的测量精度（以测量频率表示传感器的容量）已达到其实际极限，实际上超出了所需的需求。因此，技术数据规定长度测量精度小于0.1％。但是，此参数取决于长度本身以及独立检查此准确性的可能性（从下面给出的示例中可以看出，但是实际测量可以更加准确）。因此，应将重点放在测量的可靠性上，即设备在不同条件和表面类型下应*。

还有一些其他评论与标准工业任务下的距离测量有关。让我们假设有一个长的运动物体（金属条，玻璃板，布等），应将其切成一定长度的碎片。达到该值时，传感器应向执行器发出信号。假设有一个数字输出（以太网，USB）可用于读取当前的测量长度。例如，在等于50 Hz的测量频率和1 m / s的物体速度下，当前长度数据增量（1 m / s）/（0.02 sec）= 2 cm。但是，这可能还不够。但是，有一个长脉冲输出，其比率为每1 m / s 1000 Hz或每米1000脉冲。该输出频率每秒更新50次，即在任何速度下测得的距离增量均应等于1 mm。

下面是一些具有精度评估和测量频率的传感器应用示例。

ISD-5激光传感器在道路上的应用测试。

传感器安装的高度大约为50厘米（允许的极限值为35到65厘米）。测量频率为54.2 Hz，速度测量范围为0.02–110 km / h。装有传感器的车辆在1公里长的电路路径上行驶（在城市道路上，在晴天，环境温度为–7˚С）。车辆以可变速度（0–50 km / h）行驶了几站。测量结果定义为每3圈-1055.740 m，1056.244 m和1055.33 m，即，考虑到该路径未*重复，测量频率小于0.05％。

图1.安装在车辆上的ISD-3光学传感器和ISD-5激光传感器进行试运行。

光学和激光两个传感器一起使用。它们已如图1所示安装在车辆上。ISD-3传感器安装的标称高度距离地面50厘米，ISD-5激光传感器离地面130厘米，但安装高度为100厘米。在长度大致相等的沥青路面的笔直部分（每个方向2圈）上取四圈。测试后，评估相对传感器的测量差异。结果示于表1。

表1.光学ISD-3和激光ISD-5在同一路径上收到的并行测量结果。

因此，在车辆上使用的两个传感器的实际测量质量是相等的，并且相对测量频率是基点。还要注意的是，对于这种类型的应用，光学传感器是更可取的，因为它更能抵抗外部负面影响（温度，雪，雨），特别是它对接收光学污染物的容忍度很高。可以将其与照相相机进行比较：即使镜头很脏，仍然可以拍照。同时，激光传感器光学器件上的水滴可能会导致物体上条纹图案的强烈破坏。
为了评估整体测量质量，有一个图2所示的带有货物列车的机车的加速度/制动速度图（Schsherbinskiy铁路试验场，ISD-3传感器，标称距离为80厘米。传感器安装在底部）。机车，并指向铁轨）。该图可以评估即时速度测量的准确性，因为铁路车辆的运动是大平滑速度的一个示例。同样作为示例，提供了一些有用的图形，用于汽车轮胎在冰上的制动测试（在带有光学传感器的莫斯科Mytishy的冰场Arena上执行）。