速度测量系统

数字式MEMS加速度传感器在倾角测量的应用　　物体在运动中的倾角是描述物体运动状态、特征的重要参数，在交通、航天、军事领域中都有着重要的意义，对目标的定位、追踪起到非常重要的作用。所以开发价格适中、精度高，测量范围大的角度测量模块具有很强的实用价值。　　本文根据对实际运动的分析，研究建立了相应的数学模型，利用数字式MEMS加速度传感器并配合适当的硬件电路和软件算法实现了一种性价比高，高精度，测量范围大的角度测量模块并通过实际运行，取得良好的效果。　　1 对象研究和建模　　本文研究的对象是物体运动时，其整体平台的倾斜角，例如普通车辆机车，军用车辆机车和海上装备等，在运动过程中由于路面、坡度等影响会使整个平台架产生一定的倾角，而这些参数对于精确导航、列车行程控制等系统都具有重要的意义。　　根据经典力学可以知道，当对象与基准平面有一个角度的夹角时，其运动方向的加速度与重力加速度的比值和没有夹角时其加速度与重力加速度的夹角α 是不同的。根据力的分解，重力加速度就会有分量作用在Ax方向，且Ax=gsinα，于是倾斜角α=sin-1（Ax/g）。见图1-（a）所示。但是，当对象在基准面方向上做变加速的运动时，其Ax同样是一个变化值，这样将由于无法区别对象的静态加速度和动态加速度而做出正确的判断。也可以考虑采用图 1-（b）中所示方法测量，将Ax设定为始终与运动面垂直的方向，这样Ax=gcosα，则倾斜角α= cos-1（Ax/g）。这个方法在普通的道路坡度只能在Ax方向产生一个很小的加速度变化，而这对于该传感器的精度是很难达到的。　　故考虑采用如图1- （c）所示方法进行测量，利用双轴的加速度传感器，其两个夹角之间相差90°，两个角分别为45°和135°角，当车辆静止在平面上时，加速度传感器的两个轴向测得加速度：Ax=Ay=0.707g。　　当车辆在平面上加速时，加速度倾角传感器的两个轴向就会测得两个大小相等，极性相反的加速度变化，而（Ax+ Ay）保持不变，例如：车辆向前加速时，Ax增大而Ay减小。　　当车辆倾斜时，倾斜角α=cos-1。但是在实际情况中，由于测量、安装等原因，几乎不可能做到加速度传感器与车辆的径向正好成45°，所以需要在系统初始化时，首先测量出加速度传感器与车辆的径向的夹角β，可根据公式β=arctan（Ay/Ax）计算得到。　　由此可得最后的倾斜角为：α=cos-1。根据这个数学模型，可以很好的测得角度的变化。所以在实际使用就利用软、硬件根据该模型进行设计从而实现了微小角度的测量。 　　2 系统设计　　根据上面的对象研究和建模分析，并结合实际需求开始进行系统设计。在设计的过程中，根据算法设计选取了相应的硬件，按照硬件的选取经过分析，最后确定所需硬件电路，然后编制了相应的软件完成整个设计。　　2.1硬件设计　　设计中使用的是ADXL213芯片，其采用先进的MEMS 技术,在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅表面微机械传感器,并集成了一套精密的信号处理电路。信号处理电路能将表面微机械传感器产生的模拟信号转换为占空比调制（DCM） 数字信号输出。

据美国物理学家组织网3月1日（北京时间）报道，美国物理学家表示，他们探索出了一种探测电流的新方法。这一方法基于二次谐波产生的过程，就像一个能远程监控电子速度的“雷达测速仪”一样，能直接“看”到电子的运动并测出电子的速度。相关研究论文发表在《物理评论快报》杂志上。美国堪萨斯大学的物理学助教赵辉（音译）和教授朱迪·吴等人在超快激光实验室进行了这项实验。他们发现，高能激光器发出的光照射在一种包含有移动电子的材料上时，会产生不同颜色的光。在实验中，他们仔细研究了纤薄的砷化镓晶体材料，该材料广泛应用于高速电子学和高速光子学。通过朝整块晶体施加电压，他们让电子以特定的速度在晶体内流动。用人眼看不见的红外激光脉冲照射该晶体，会产生人眼可见的红光，这正是二次谐波产生过程出现的信号。他们还发现，红光的亮度与电子的速度成比例，也就是说电子运动速度越快，红光越亮；而当电子没有直接运动时，没有红光出现。赵辉表示：“通过探测红光，我们能精确测量电子的速度，电子不需要同其他样本接触；我们也不会干扰电子的活动。在此项研究之前，现有探测实验技术都基于电流有三个效应：它能为系统充电、改变系统的温度并产生磁场。而科学家最新发现，电流还具有光子效应，这种使用激光研究电流的新方法完全基于这一最新效应。”研究人员表示，新方法有望改善现今的很多可再生能源技术，诸如太阳能电池、人工光合作用以及水分解等，因为这些技术都依靠对电流进行探测。而且，能更好“阅读”电子运动的传感器可能会成为下一代手机和计算机的基础。

激光测振仪（进口）位移分辨率高达0.008纳米。非接触测量物体振动的速度,加速度,位移,运动轨迹,频率.全场激光测振实现整面物体的XY轴的振动测量可以彩色动画输出。三维激光测振可以实现三轴振动测量。多点激光测振可以同时实现16个振动点振动并可以测量物体瞬间振动和实时的振动模拟.激光测振可以实现对振动幅值、频率测量。使用激光进行非接触式测量，记录被测体在振动过程中的运动轨迹，并用最大值减去最小值得到振幅。当振幅超过界定值时，可通过软件设置输出报警信号。采样频率高，能精确还原被测体运动轨迹并通过图像显示出来。传统振动测量仪都会对机械振动带来的影响，而激光测振动测量系统使用各种滤波器，使测量结果更加稳定准确。还可以测量高频振动加速度峰值和平均值，测量低频振动速度有效值。应用于如磁盘振动，压电陶瓷振动，汽车玻璃振动，桥梁振动，油罐车振动，机床精密加工振动等等微小振动的测量。非接触高精密测量精密机械加工微小振动 如压电陶瓷，硬盘振动，山体滑坡，桥梁振动，汽车发动机输油管振动，汽车玻璃振动，高压器振动，水面振动激光多普勒测振仪最大测量速度可达20m/s，最大频率范围可达2.5MHZ，可以检测到纳米级别的振动.激光多普勒测振仪采用非接触式的测量方式，可以应用在许多其他测振方式无法测量的任务中。频率和相位响应都十分出色，足以满足高精度、高速测量的应用。使用非接触测量方式，无需耗时安装调节传感器、无质量负载，且不受被测物体的尺寸、温度、位置、振动频率等的限制。还可以检测液体表面或者非常小物体的振动，同时，还可以弥补接触式测量方式无法测量大幅度振动的缺陷。 应用：如磁盘振动，压电陶瓷振动，汽车玻璃振动，桥梁振动，油罐车振动，机床精密加工振动等等微小振动的测量。 非接触高精密测量 精密机械加工微小振动如压电陶瓷，硬盘振动，山体滑坡，桥梁振动，汽车发动机输油管振动，汽车玻璃振动，高压器振动，水面振动 整片不规则金属大型结构、高温、柔软物体等接触式测量无法满足的振动测量领域的振动情况