CN202886391U - 物体移动速度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种物体移动速度测量装置，包括设置于被测物体移动轨迹两侧的红外发射器和红外接收器，所述红外发射器和红外接收器有两组，两个红外接收器分别连接信号采集器的输入端，信号采集器的信号输出端与数字式时间计数器的信号输入端连接。所述信号采集器包括：第一红外接收器的输出开关信号通过第一电容连接电阻的一端，第二红外接收器的输出开关信号通过第二电容连接电阻的一端，电阻另一端接地，所述电阻的一端还连接二极管的阴极并连接到数字式时间计数器的信号输入端，二极管阳极接地。优点是：采用红外线对射式光电开关、信号采集器和数字式时间计数器，结构简单实用，现场安装简便、操作方便、测量准确、适应性强。

Description

物体移动速度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，具体是一种物体移动速度测量装置。

背景技术

在产品性能测试和试验等领域，物体移动速度的准确测量往往是一项关键性技术指标。如碰撞试验中物体的移动速度，物体移动的初始能量一般来源于瞬间施加的力或物体自身的重力，由于试验设备的转轴和滑道等机械摩擦、作用力施加装置的准确性以及能量转换效率等因素的影响，物体的移动速度与计算速度往往有较大的差别，导致试验数据的偏离和失真。

物体移动速度的测量，较低移动速度一般采用距离+秒表的方式，超高速采用高速摄影+图像处理技术，对于中高速移动速度的测量，秒表方式不易控制误差太大，高速摄影由于投入成本高一般不具备条件。因此需要一种现场安装简便、操作方便，又拥有较低成本且能保证测量精度的设备。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种物体移动速度测量装置。

按照本实用新型提供的技术方案，所述物体移动速度测量装置，包括设置于被测物体移动轨迹两侧的红外发射器和红外接收器，所述红外发射器和红外接收器有两组，两个红外接收器分别连接信号采集器的输入端，信号采集器的信号输出端与数字式时间计数器的信号输入端连接。

每组所述红外发射器和红外接收器为一套红外线对射式光电开关。

所述信号采集器包括：第一红外接收器的输出开关信号通过第一电容连接电阻的一端，第二红外接收器的输出开关信号通过第二电容连接电阻的一端，所述电阻的另一端接地，所述电阻的一端还连接二极管的阴极并连接到数字式时间计数器的信号输入端，二极管阳极接地。

所述红外发射器和红外接收器通过三脚架固定。

本实用新型的优点是：其采用红外线对射式光电开关、信号采集器和数字式时间计数器，结构简单实用，具备现场安装简便、操作方便、测量准确、适应性强等特点。

附图说明

图1是本实用新型电路结构框图。

图2是本实用新型的测速示意图。

图3是信号采集器的电路原理图。

图4是信号采集器的触发信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型由两组红外线对射式光电开关（包括红外发射器1和红外接收器2）、信号采集器3、数字式时间计数器4以及直流电源、三脚架和电缆组成。

如图1所示，本实用新型的电路结构包括：设置于被测物体移动轨迹两侧的红外发射器1和红外接收器2，所述红外发射器1和红外接收器2有两组，两个红外接收器2分别通过电缆连接信号采集器3的输入端，信号采集器3的信号输出端通过电缆与数字式时间计数器4的信号输入端连接。红外发射器1中驱动器透过透镜发出红外线，红外接收器2接收红外线后产生开关信号输出，两个红外接收器2的输出开关信号均接入信号采集器3的输入端，信号采集器3输出的触发信号再进入数字式时间计数器4。

红外线光电开关是利用人眼不可见（波长为780nm～1mm）的红外线来检测、判别物体，通过光强度的变化转换成电信号的变化来实现开关控制的。光电开关是由发射器、接收器组成，根据需要可以将光电开关的接收器设置成常开或常闭状态，当发射器所发出的一束红外光线对准接收器时，光电开关接收器的控制端输出高电平（或低电平），如果光线被物体遮挡，则光电开关接收器的控制端发生翻转输出低电平（或高电平）。

如图2所示，将两套红外线对射式光电开关相隔一定的距离L放置，当移动物体遮挡第一束光线时，触发数字式时间计数器开始计数，当该移动物体遮挡第二束光线时，数字式时间计数器停止计数，所得时间间隔t，则移动物体通过距离L的平均速度V=L/t。

为了尽可能准确地获得物体移动的瞬时速度，两套光电开关间隔尽可能小。对于长条形物体（物体自身长度≥光电开关间隔距离），当移动物体遮挡第二束光线，第二红外接收器b输出电平翻转由低变高时，第一红外接收器a仍被遮挡，其输出电平仍为高电平，淹没了第二个触发信号，因此，为使数字式时间计数器4能够正常工作，设计了信号采集器3，电路原理图见图3。所述信号采集器3包括：第一红外接收器a的输出开关信号通过第一电容C1连接电阻R的一端，第二红外接收器b的输出开关信号通过第二电容C2连接电阻R的一端，所述电阻R的另一端接地，所述电阻R的一端还连接二极管D的阴极并连接到数字式时间计数器4的信号输入端，二极管D阳极接地。工作时，第一个输入方波的前沿经R、C构成的微分电路使电路输出一个尖脉冲，如图4所示，触发数字式时间计数器4计数，并及时在下一个输入方波到来前使电路输出为低电平，保证信号的第二次有效触发，关闭计数器。二极管D构成放电回路，避免输出反向脉冲。

以下介绍本装置的具体使用方法。

依据被测物体和测量速度位置和移动方向，通过三脚架将两组红外线光电开关即红外发射器1和红外接收器2设置与物体移动轨迹的两边，两组间隔距离为L。红外发射器1连接12V直流电源，此时红外发射器1的电源指示灯亮。红外接收器2接入信号采集器3的输入端，信号采集器3的信号输出端与数字式时间计数器4的信号输入端连接，信号采集器3的电源输入端连接12V直流电源。通过三脚架调整高度和方向将红外发射器1与红外接收器2对准，使发射的红外光线能够准确地被红外接收器2接收，模拟物体断续遮挡红外线，红外接收器2的控制指示灯作相应变化，再观察数字式时间计数器4的工作状态能够正常计数。整个测量装置处于正常工作状态后，即可进行物体移动速度的测量。

测量结果评定。

依据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的要求，计算该测量装置的测量结果不确定度，以物体移动速度10m/s，设置间距L=250mm为例。

1、数学模型

V=L/t    （1）

由式（1）得方差：

$u^2=c_1^2{u}_1^2+c_2^2{u}_2^2---\left(2\right)$

式中：u₁为两光束距离误差引入的不确定度分量；u₂为时间测量误差引入的不确定度分量。

传播系数：c₁＝1/t＝0.04/ms；c₂=-L/t²＝-0.4mm/ms²。

2、不确定度分量

2.1两光束的距离误差：距离误差包括光束直径、光电开关的安装位置和钢卷尺的测量误差等。装置中，红外光束的直径为1mm，接收距离400mm,两组红外线光电开关间距250mm，用500mm游标卡尺测量，游标卡尺的准确度为Δ＝±0.05mm，考虑到光束响应、安装位置等因素的影响，实际取Δ＝±1mm,

2.2时间测量误差：时间误差包括数字式时间计数器的测量误差和测量重复性，两个光电开关响应时间差等。装置中，数字式时间计数器的准确度为1×10^-6，接受器响应时间误差取20μs，取Δ＝0.025ms,

3、合成标准不确定度

由式（2）得：

$u=\sqrt{c_1^2{u}_1^2+c_2^2{u}_2^2}=0.024\mathrm{mm}/\mathrm{ms}$

4、扩展不确定度

取k＝2,U＝k×u=2×0.024≈0.05mm/ms

扩展不确定度：U＝0.05m/s  k＝2

通过计算，用该测量装置测量移动速度为10m/s物体所得测量结果的不确定度为U=0.05m/s或U_rel=0.5%（k=2）。符合对移动物体速度的测量要求。

本物体移动速度测量装置通过如商检、美国UL和法国欧亚等各类检测实验室的实际测试，证明该测量装置具备现场安装简便、操作方便、测量准确、适应性强等特点。

Claims (4)

1.物体移动速度测量装置，其特征是：包括设置于被测物体移动轨迹两侧的红外发射器（1）和红外接收器（2），所述红外发射器（1）和红外接收器（2）有两组，两个红外接收器（2）分别连接信号采集器（3）的输入端，信号采集器（3）的信号输出端与数字式时间计数器（4）的信号输入端连接。

2.如权利要求1所述物体移动速度测量装置，其特征是，每组所述红外发射器（1）和红外接收器（2）为一套红外线对射式光电开关。

3.如权利要求1所述物体移动速度测量装置，其特征是，所述信号采集器（3）包括：第一红外接收器的输出开关信号通过第一电容（C1）连接电阻（R）的一端，第二红外接收器的输出开关信号通过第二电容（C2）连接电阻（R）的一端，所述电阻（R）的另一端接地，所述电阻（R）的一端还连接二极管（D）的阴极并连接到数字式时间计数器（4）的信号输入端，二极管（D）阳极接地。

4.如权利要求1所述物体移动速度测量装置，其特征是，所述红外发射器（1）和红外接收器（2）通过三脚架固定。

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