影響相關(guān)測(cè)速精度的因素及改進(jìn)措施

陽(yáng)湘林

（益陽(yáng)市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湖南益陽(yáng)　413002）

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影響相關(guān)測(cè)速精度的因素及改進(jìn)措施

陽(yáng)湘林

（益陽(yáng)市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湖南益陽(yáng)413002）

摘要：相關(guān)測(cè)速是利用光、聲、磁、溫等敏感場(chǎng)而制成，由傳感器、信號(hào)處理和顯示輸出等環(huán)節(jié)構(gòu)成的一種測(cè)量系統(tǒng)，具有非接觸、抗干擾性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好和精度高等特點(diǎn)。文章介紹相關(guān)測(cè)速的基本原理，分析影響相關(guān)測(cè)速精度的因素，探討傳感器安裝位置、相關(guān)運(yùn)算實(shí)時(shí)簡(jiǎn)化誤差和離散采樣誤差對(duì)相關(guān)測(cè)速精度的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：相關(guān)測(cè)速；渡越時(shí)間；精度；誤差；措施

相關(guān)測(cè)速是利用光、聲、磁、溫等敏感場(chǎng)而制成，由傳感器、信號(hào)處理和顯示輸出等環(huán)節(jié)構(gòu)成的一種測(cè)量系統(tǒng)，具有非接觸、抗干擾性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好和精度高等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于固體、液體、氣體的在線速度測(cè)量，特別適應(yīng)于高溫、有毒、高輻射等惡劣環(huán)境或不便接觸測(cè)量的場(chǎng)合，如熱軋材速度、坡面徑流流速和兩相流流速的在線測(cè)量等。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)測(cè)量精度提出了更高的要求。相關(guān)測(cè)速系統(tǒng)的精度受被測(cè)對(duì)象、測(cè)量環(huán)境和測(cè)量系統(tǒng)軟硬件等具體因素的影響。本文基于相關(guān)測(cè)速的基本原理和一般共性著重闡述傳感器安裝位置、相關(guān)運(yùn)算實(shí)時(shí)簡(jiǎn)化誤差和離散采樣誤差對(duì)測(cè)速精度的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1　相關(guān)測(cè)速的基本原理

相關(guān)測(cè)速的基本原理：對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的相同部位，在相隔很短的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行兩次信號(hào)采集，并對(duì)兩次采集的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，找出相關(guān)函數(shù)的峰值，從而得出兩路信號(hào)的間隔時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出運(yùn)動(dòng)物體的速度。

如圖1所示，在物體運(yùn)動(dòng)方向上安裝兩個(gè)相距為L(zhǎng)的相同傳感器X和Y，通過(guò)這兩個(gè)傳感器獲得運(yùn)動(dòng)物體的表面特征信號(hào)x（t）y（t），這兩個(gè)信號(hào)的波形在理論上完全相同，只存在一個(gè)時(shí)間延時(shí)，這個(gè)時(shí)間延時(shí)是運(yùn)動(dòng)物體表面上同一點(diǎn)經(jīng)過(guò)上游傳感器X與下游傳感器Y的時(shí)刻之差，稱為渡越時(shí)間τ0。

當(dāng)τ=τ0時(shí)，互相關(guān)函數(shù)：

取得最大值，只要求得互相關(guān)函數(shù)Rxy（τ）的極值點(diǎn)就相當(dāng)于求出了渡越時(shí)間τ0，進(jìn)而求得被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度：

圖1　相關(guān)測(cè)速的基本原理示意圖

2　影響測(cè)速精度的因素及改進(jìn)措施

（1）傳感器的安裝位置對(duì)渡越時(shí)間τ0精度的影響及改進(jìn)措施。從圖1可知傳感器安裝位置由兩傳感器的間距L和傳感器至運(yùn)動(dòng)物體的距離H決定，所以L和H的取值都會(huì)影響渡越時(shí)間τ0精度：①L過(guò)小，渡越時(shí)間τ0的相對(duì)誤差就會(huì)增大，但L過(guò)大，兩表面特征信號(hào)的相關(guān)度和測(cè)速系統(tǒng)的空間分辨率就會(huì)降低，所以在選擇L的值時(shí)必須折中二者的矛盾做出適當(dāng)?shù)倪x擇，這是確定L值的定性指導(dǎo)原則。如果要定量地確定L值，可以先在定性指導(dǎo)原則下確定若干個(gè)L值，然后在進(jìn)行測(cè)速試驗(yàn)，最后分析試驗(yàn)結(jié)果，從中找出最優(yōu)的L值；②H值在理論上不會(huì)影響渡越時(shí)間τ0的精度，但在實(shí)際測(cè)量中當(dāng)其它條件不變而取不同的H值，測(cè)速誤差不一樣。可參考確定L值的方法找出最優(yōu)的H值。

（3）離散采樣誤差對(duì)渡越時(shí)間τ0精度的影響及改進(jìn)措施。在實(shí)際的數(shù)字化處理中，通常使用離散形式的互相關(guān)函數(shù)：

3　結(jié)語(yǔ)

相關(guān)測(cè)速涉及信號(hào)拾取、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)處理及顯示輸出等多項(xiàng)技術(shù)，其精度的提高是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文僅從相關(guān)測(cè)速系統(tǒng)基本原理和一般共性的角度探討了傳感器安裝位置、相關(guān)運(yùn)算實(shí)時(shí)簡(jiǎn)化誤差和離散采樣誤差對(duì)測(cè)速精度的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。假定，結(jié)合某一具體被測(cè)對(duì)象及測(cè)速環(huán)境對(duì)測(cè)速系統(tǒng)的精度進(jìn)行分析，將更有針對(duì)性。

參考文獻(xiàn)

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The Factors and Improvement Measures for Accuracy of Correlation Velocity Measurement

YANG Xiang-lin

（Yiyang Agricultural Machinery Research Institute，Yiyang，Hunan 413002，China）

Abstract:Correlation velocity measurement is built with sensitive field such as light，sound and so on.It is a measurement system that includes sensor，signal and display output，and has characteristics such as high accuracy and instant.The basic principle of the correlation velocity measurement is introduced，the influence factors for accuracy of the correlation velocity measurement are analyzed，the installation position of the sensor，the real-time simplification error and discrete sampling error are discussed，and the corresponding improvement measures are provided.

Key words：correlation velocity measurement；transition time；accuracy；error；measures

作者簡(jiǎn)介：陽(yáng)湘林（1981-)，男，湖南郴州人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)和汽車拖拉機(jī)。

收稿日期：2016-01-11

中圖分類號(hào)：TG801

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）02-0015-02