CN113970652A - 激光传感模拟测速方法、系统、计算机设备、终端及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光传感测速技术领域，公开了一种激光传感模拟测速方法、系统、计算机设备、终端及介质，激光传感模拟测速方法包括：设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间；检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；重复测试步骤，取各次速度平均值。本发明主要用于模拟不同环境下、不同形状的移动物体一定距离内平均运动速度的测量，适合实验室环境下的各种运动速度模拟，测试距离要求小，测试流程简单，重复效率高，受外界因素影响低，能精确地得出各类运动理想速度，便于实验数据采集。
Description
技术领域
本发明属于激光传感测速技术领域，尤其涉及一种激光传感模拟测速方法、系统、计算机设备、终端及介质。
背景技术
目前，激光测速(measurement of velocity by laser)是测量移动物体反射回来的光的频率由于多普勒(Doppler)效应发生的偏离，在被测物体是热的或者是易碎的不能用接触法时，这种方法是很有用的。其具有远距离测量、测量范围广、非接触、测量精度高、响应时间短等优势。
激光测速仪就是能通过激光对物体运行速度的测量，它是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。同时它也是一种新型的测速测量技术。但同样因为激光的光学特性原因，被测目标只能呈直线运动，激光照射不能离开目标；且在观测过程中发生抖动、脱靶、意外遮挡等情况，都会导致测速结果产生变动。因此常规激光测速实际使用时需要排除各类干扰，才能保证测量结果的可靠性，其限制因素过多、应用场合受限。
而激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程远，抗光、电干扰能力强等。但是，现有激光测速技术存在限制因素过多、应用场合受限等问题。因此，亟需一种新的激光传感模拟测速方法及系统。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有激光测速技术存在限制因素过多、应用场合受限等问题。而且现有技术测量误差大。
解决以上问题及缺陷的难度为：传统测速设备，受天气影响，如大风、浓雾等，会造成测速不准确，或丢失目标等问题。本发明将测速现场在室内进行模拟，可忽略环境因素造成的测速不准确与目标丢失等问题。
解决以上问题及缺陷的意义为：当路况较复杂，如存在弯道、上坡等路段时，激光只能呈直线追踪目标，目标实际移动距离与光学距离会出现较大偏差，影响测速的准确性。本发明可以将各种复杂路况模拟为直线，降低测速误差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种激光传感模拟测速方法、系统、计算机设备、终端及介质，尤其涉及一种非多普勒激光标定感知计算方法及系统，旨在解决现有激光测速技术限制因素过多、应用场合受限等问题。
本发明是这样实现的，一种激光传感模拟测速方法，所述激光传感模拟测速方法包括以下步骤：
步骤一，设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；L为被模拟物体实际运动距离；
步骤二，在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间T；开始测试时，第一个电磁吸附装置失电时间释放被测目标；间隔预设时间之后，第二个电磁吸附装置失电，释放第二个被测目标。模拟移动物体通过设定距离的运动时间；
步骤三，检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；设备运行前检查；
步骤四，控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；运行结果处理V＝L/T，得出单次模拟测速数据；
步骤五，重复测试步骤，取各次速度平均值。数据记录并作统计，进一步减小测量误差。
进一步，所述激光传感模拟测速方法，还包括：
采用机械导轨与滑块的组合来模拟物体单位直线行程；其中，所述行程长度取被测目标实际行程，包括下坡和弯道在内的额外行程；
激光传感装置激光模块与接收模块分别置于导轨两端，且发射激光与导轨呈平行关系；测量激光变化得出模拟速度参数。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的激光传感模拟测速方法的激光传感模拟测速系统，所述激光传感模拟测速系统，包括可拆卸工作平台载体系统、运动行程模拟系统、控制系统、激光发射模块、激光接收模块、电磁吸附装置、投掷物(观测目标)、透镜组、滤波片、暗室、载体滑块、承接盘、可调节机械导轨。
其中，激光发射器发出光线应通过透镜组约束为线状，接收器镜头轴心应与光路重合，接收器前方加设滤光片，并在整体机构加设暗室；
滑块在导轨上可调节位置，且具有自锁装置，调节完成可固定于目标位置；
观测目标投掷由电磁吸附装置完成，投掷时间通过软件控制电磁失电时间来完成；系统设定失电时间将作为时间变量上传至计算程序；
观测目标为钢制小球，使得电磁吸附控制；小球竖直方向垂直于光路，使得小球下落轨迹与激光光路相交；由于小球为重物，故在下方设置承接圆盘，该圆盘不与直线滑轨相接。
进一步，在滑块上布置电磁吸附装置，控制铁球下落切断激光传感光线，使接受信号发生变动，以模拟被测目标单位行程内的开始运动与结束。
进一步，所述电磁吸附装置通过可控性失电来控制小铁球下落时间。
进一步，光学测量方式分为激光传感方式，采取回波测量结果；根据测量方式不同，在发射器对端平台上架设对应接收系统或对应吸光屏。
被测系统工作位置为可拆卸平台，根据观测需要更换不同光学组件和镜头。
在激光发射与接收工作区域，设置暗室，排除可能存在的杂散干扰光线。
进一步，操作软件采用控制电磁吸附装置失电时间以及处理激光传感接收信号完成测量目的。
软件操作面板设定电磁吸附装置失电时间，模拟物体单位距离内进入测速区域、离开测速区域。
软件处理激光传感器中断信号得出中断间隔时间差，结合模拟测速路程得出模拟速度，并显示在操作面板上。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间；检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；重复测试步骤，取各次速度平均值。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间；检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；重复测试步骤，取各次速度平均值。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的激光传感模拟测速系统。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的激光传感模拟测速方法，主要用于模拟不同环境下、不同形状的移动物体一定距离内平均运动速度的测量，该技术可以实现速度测量去现场化，最大化消除外界环境对被测物体运动的影响、以及环境光照等对观测激光的干扰；该技术包括硬件系统和数据处理系统两大部分；硬件系统包括可拆卸工作平台载体系统、运动行程模拟系统、控制系统，用以实现本技术的采样，得到采样目标的模拟平均速度信息；数据处理系统包括数据预处理系统和重构算法系统。本发明适合实验室环境下的各种运动速度模拟，测试距离要求小，测试流程简单，重复效率高，受外界因素影响低，能精确地得出各类运动理想速度，便于实验数据采集。
本发明与常规激光测速技术一样是基于激光传感技术来进行移动物体的运动时间的观测。但不是基于多普勒原理的对移动物体移动轨迹的测量，而是利用激光器另一端接收器感应到信号中断，并且软件对两次中断信号时间进行处理，计算该行程距离内的平均速度；单次信号中断时接收到的就是小铁球下落切断激光器与接收器之间光路时间，不同距离、小球下落时间不同就会产生接收信号的时间差；需要对哪一行程的平均距离进行测量，则将滑块在导轨上拖动对应的距离。相对于“常规激光测速技术”受限于环境因素、易受干扰，这显然增加了速度观测的可靠性与稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的激光传感模拟测速方法流程图。
图2是本发明实施例提供的激光传感模拟测速系统结构示意图。
图3是本发明实施例提供的激光传感模拟测速系统的工作原理示意图。
图4是本发明实施例提供的传感测速理论框图。
图5是本发明实施例提供的激光传感模拟测速系统的功能结构示意图。
图6是本发明实施例提供的回波式测量结构变动示意图。
图2-图6中：1、可拆卸工作平台载体系统；2、运动行程模拟系统；3、控制系统；4、激光发射模块；5、激光接收模块；6、电磁吸附装置；7、载体滑块；8、承接盘；9、可调节机械导轨；10、投掷物。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种激光传感模拟测速方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的激光传感模拟测速方法包括以下步骤：
S101，设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；L为被模拟物体实际运动距离；
S102，在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间T；开始测试时，第一个电磁吸附装置失电时间释放被测目标；间隔预设时间之后，第二个电磁吸附装置失电，释放第二个被测目标。模拟移动物体通过设定距离的运动时间；
S103，检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；设备运行前检查；
S104，控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；运行结果处理V＝L/T，得出单次模拟测速数据；
S105，重复测试步骤，取各次速度平均值。数据记录并作统计，进一步减小测量误差。
所述激光传感模拟测速方法，还包括：
采用机械导轨与滑块的组合来模拟物体单位直线行程；其中，所述行程长度取被测目标实际行程，包括下坡和弯道在内的额外行程；
激光传感装置激光模块与接收模块分别置于导轨两端，且发射激光与导轨呈平行关系；测量激光变化得出模拟速度参数。
如图2-图6所示，本发明实施例提供的激光传感模拟测速系统，包括可拆卸工作平台载体系统1、运动行程模拟系统2、控制系统3、激光发射模块4、激光接收模块5、电磁吸附装置6、投掷物(观测目标)10、透镜组、滤波片、暗室、载体滑块7、承接盘8、可调节机械导轨9。
其中，激光发射器发出光线应通过透镜组约束为线状，接收器镜头轴心应与光路重合，接收器前方加设滤光片，并在整体机构加设暗室；
滑块在导轨上可调节位置，且具有自锁装置，调节完成可固定于目标位置；
观测目标投掷由电磁吸附装置完成，投掷时间通过软件控制电磁失电时间来完成；系统设定失电时间将作为时间变量上传至计算程序；
观测目标为钢制小球，使得电磁吸附控制；小球竖直方向垂直于光路，使得小球下落轨迹与激光光路相交；由于小球为重物，故在下方设置承接圆盘，该圆盘不与直线滑轨相接。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
本发明通过阻断激光发射器与接收器之间光路，中断光学信号，得到传具体信号中断时间，对中断时间与距离数据进行处理，得出速度。
具体地，本发明的激光模拟测速方法，包括：
采用机械导轨与滑块的组合来模拟物体单位直线行程。行程长度取被测目标实际行程，包括且不限于下坡、弯道等额外行程；激光传感装置激光模块与接收模块分别置于导轨两端，且发射激光与导轨呈平行关系；测量激光变化得出模拟速度参数。
本发明提出的“激光模拟测速技术”，与常规激光测速技术一样是基于激光传感技术来进行移动物体的运动时间的观测。但不是基于多普勒原理的对移动物体移动轨迹的测量，而是利用激光器另一端接收器感应到信号中断，并且软件对两次中断信号时间进行处理，计算该行程距离内的平均速度。单次信号中断时接收到的就是小铁球下落切断激光器与接收器之间光路时间，不同距离、小球下落时间不同就会产生接收信号的时间差。需要对哪一行程的平均距离进行测量，则将滑块在导轨上拖动对应的距离。相对于“常规激光测速技术”受限于环境因素、易受干扰，这显然增加了速度观测的可靠性与稳定性。
本发明采用在滑块上布置电磁吸附装置，控制铁球下落切断激光传感光线，使接受信号发生变动，以模拟被测目标单位行程内的开始运动与结束。
本发明的电磁吸附装置通过可控性失电来控制小铁球下落时间，提高观测结果的精确性。
本发明的光学测量方式可分为激光传感方式，也可采取回波测量结果。根据测量方式不同，可在发射器对端平台上架设对应接收系统，或对应吸光屏。
本系统提供测量轨道与滑块，以及电磁吸附装置，以上为系统固有；被测系统工作位置为可拆卸平台，可根据观测需要，自行更换不同光学组件、镜头。
本发明在激光发射与接收工作区域，设置暗室，排除可能存在的杂散干扰光线。
本发明的操作软件采用控制电磁吸附装置失电时间、以及处理激光传感接收信号，来完成测量目的。
本发明的软件操作面板设定电磁吸附装置失电具体时间，模拟物体单位距离内进入测速区域、离开测速区域。
本发明的软件处理激光传感器中断信号，得出中断间隔时间差，结合模拟测速路程，得出模拟速度，并显示在操作面板上。
本发明适合实验室环境下的各种运动速度模拟，测试距离要求小，测试流程简单，重复效率高，受外界因素影响低，能精确地得出各类运动理想速度，便于实验数据采集。
实施例2
本发明编程软件对激光器上传中断信号进行处理，得出单次速度数据，多次实验，总结数据得出模拟测量结果平均值。
如图2所示，适用于本发明实施例形态的激光传感模拟测速装置至少包括：激光发射模块(laser emission module)、激光接收模块(laser reception module)、可控投掷系统(电磁吸附装置)、投掷物、滤波片(Filter)、暗室(Darkroom)、机械导轨等。
需要说明的是，如图3中工作原理所示，在本发明中，并非基于多普勒原理，而是由观测基本物理光线遮蔽所产生的光束信号中断，通过软件处理距离参数与时间参数，进而得出模拟单位位移距离内的平均速度。
模拟测速具体流程如图4所示。首先，设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；第二步，在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间；第三步，检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；最后，控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V。重复测试步骤，取各次速度平均值。
在本发明中，激光传感模拟测速装置可进行不同位移距离下的速度模拟，其结构示意如图5所示，即测速装置构成至少包括：激光发射与接收模块、透镜组、滤光片、可调节导轨、载体滑块、电磁吸附装置、承接盘、小铁快(观测目标)。其功能要求如下：
(1)激光发射器发出光线应通过透镜组约束为线状，接收器镜头轴心应与光路重合，接收器前方加设滤光片，为排除增强观测效果，在整体机构加设暗室。
(2)滑块在导轨上可调节位置，且具有自锁装置，调节完成可固定于目标位置。
(3)观测目标投掷由电磁吸附装置完成，具体投掷时间通过软件控制电磁失电时间来完成；系统设定失电时间将作为时间变量上传至计算程序。
(4)观测目标为钢制小球以便于电磁吸附控制，小球竖直方向应垂直于光路，以便于其下落轨迹与激光光路相交；因小球为重物，为防止下落产生的势能作用于轨道，产生震动影响模拟观测效果，故在下方设置承接圆盘，该圆盘不与直线滑轨相接。
本发明回波式测量结构变动示意图如图6所示。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid StateDisk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光传感模拟测速方法，其特征在于，所述激光传感模拟测速方法包括以下步骤：
步骤一，设定观测单位位移距离，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；L为被模拟物体实际运动距离；
步骤二，在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间；
步骤三，检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；
步骤四，控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；
步骤五，重复测试步骤，取各次速度平均值，并进行数据记录、统计。
2.如权利要求1所述的激光传感模拟测速方法，其特征在于，所述步骤二开始测试时，第一个电磁吸附装置失电时间释放被测目标；间隔预设时间后，第二个电磁吸附装置失电，释放第二个被测目标，模拟移动物体通过设定距离的运动时间。
3.如权利要求1所述的激光传感模拟测速方法，其特征在于，所述步骤四中模拟单位位移内平均速度V计算公式为V＝L/T，得出单次模拟测速数据。
4.如权利要求1所述的激光传感模拟测速方法，其特征在于，所述激光传感模拟测速方法，还包括：
采用机械导轨与滑块的组合来模拟物体单位直线行程；其中，所述行程长度取被测目标实际行程，包括下坡和弯道在内的额外行程；
激光传感装置激光模块与接收模块分别置于导轨两端，且发射激光与导轨呈平行关系；测量激光变化得出模拟速度参数。
5.一种应用如权利要求1～4任意一项所述的激光传感模拟测速方法的激光传感模拟测速系统，其特征在于，所述激光传感模拟测速系统，包括可拆卸工作平台载体系统、运动行程模拟系统、控制系统、激光发射模块、激光接收模块、电磁吸附装置、透镜组、滤波片、暗室、载体滑块、承接盘、可调节机械导轨以及观测目标；
激光发射器发出光线应通过透镜组约束为线状，接收器镜头轴心应与光路重合，接收器前方加设滤光片，并在整体机构加设暗室；
滑块在导轨上可调节位置，且具有自锁装置，调节完成可固定于目标位置；
观测目标投掷由电磁吸附装置完成，投掷时间通过软件控制电磁失电时间来完成；系统设定失电时间将作为时间变量上传至计算程序；
观测目标为钢制小球，通过电磁吸附控制；钢制小球竖直方向垂直于光路，使得小球下落轨迹与激光光路相交；钢制小球下方设置承接圆盘，该圆盘不与直线滑轨相接。
6.如权利要求5所述的激光传感模拟测速系统，其特征在于，在滑块上布置电磁吸附装置，控制铁球下落切断激光传感光线，使接受信号发生变动，以模拟被测目标单位行程内的开始运动与结束；
所述电磁吸附装置通过可控性失电来控制小铁球下落时间；
光学测量方式分为激光传感方式，采取回波测量结果；根据测量方式不同，在发射器对端平台上架设对应接收系统或对应吸光屏；
被测系统工作位置为可拆卸平台，根据观测需要更换不同光学组件和镜头；
在激光发射与接收工作区域，设置暗室。
7.如权利要求3所述的激光传感模拟测速系统，其特征在于，操作软件采用控制电磁吸附装置失电时间以及处理激光传感接收信号完成测量目的；
软件操作面板设定电磁吸附装置失电时间，模拟物体单位距离内进入测速区域、离开测速区域；
软件处理激光传感器中断信号得出中断间隔时间差，结合模拟测速路程得出模拟速度，并显示在操作面板上。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间；检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；重复测试步骤，取各次速度平均值。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
设定观测单位位移距离L，将数值输入控制软件，并调节观测滑块在导轨上的距离为L；在软件上输入两个电磁吸附装置失电时间；检查收发光路信号是否正常，光路正常则开始模拟实验；控制软件对接收器信号进行处理，得出模拟单位位移内平均速度V；重复测试步骤，取各次速度平均值。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1～2任意一项所述的激光传感模拟测速系统。
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