感器輸出信號(hào)之間的時(shí)延關(guān)系來測量速度。當(dāng)測量線速度時(shí)，至少用兩個(gè)光電探測器組成二象限光電傳感器。當(dāng)測量轉(zhuǎn)速時(shí)，至少用四個(gè)光電探測器組成四象限光電傳感器，此時(shí)被測體的偏心、軸向及徑向晃動(dòng)、光學(xué)成像系統(tǒng)的誤差等不影響測量結(jié)果，被測體反射或透射的分布圖像的隨機(jī)性越強(qiáng)，越有利于測量。
[0016]3)本方法可用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、渦旋氣態(tài)和液態(tài)流體、粉塵等的絕對角速度測量，也可用于固液及氣態(tài)物的線速度測量，解決了現(xiàn)有方法難以同時(shí)測量氣態(tài)和液態(tài)的線速度和渦旋速的難題。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1-本發(fā)明光電信息流圖。
[0019]圖2、3、4分別是本發(fā)明四象限光電傳感器的不同結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖5、6、7、8分別是本發(fā)明二象限光電傳感器的不同結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖中，單向虛線箭頭代表光線及其傳輸方向，單向?qū)嵕€箭頭代表電信號(hào)及其流向。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明非接觸式微分差相關(guān)瞬時(shí)速度傳感方法，步驟如下，
I)讓光源(自然光或人造光源)照射在被測體上使被測體產(chǎn)生隨機(jī)分布圖像，該隨機(jī)分布圖像經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)成像到象限光電傳感器上；所述隨機(jī)分布圖像是指被測體表面反射的隨機(jī)分布圖像，或是被測體透射的隨機(jī)分布圖像。
[0024]2)象限光電傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集后，用微分差相關(guān)計(jì)算得到速度特征延時(shí)量；
3)利用所得到的速度特征延時(shí)量和速度計(jì)算法計(jì)算被測體的速度參量(轉(zhuǎn)速或線速度)，由轉(zhuǎn)速或線速度的符號(hào)確定被測體的運(yùn)動(dòng)方向；也可由轉(zhuǎn)速或線速度再計(jì)算出角加速度或線加速度。
[0025]如果被測體是平移運(yùn)動(dòng)的固體、液體或氣體，此時(shí)所述象限光電傳感器是由兩個(gè)相同的光電探測器相距一定距離行排列而構(gòu)成的二象限光電傳感器；該二象限光電傳感器的兩光電探測器分別輸出一路信號(hào)，兩路信號(hào)組成一對信號(hào)；該對信號(hào)經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集后得到一對采樣數(shù)據(jù)序列，該對采樣數(shù)據(jù)序列包含兩組采樣數(shù)據(jù)序列。
[0026]如果被測體是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的旋轉(zhuǎn)物體或渦旋流場，此時(shí)所述象限光電傳感器是由兩個(gè)相同的二象限光電傳感器相距一定距離Z分布排列而構(gòu)成的四象限光電傳感器；所述二象限光電傳感器由兩個(gè)相同的光電探測器相距一定距離行排列而構(gòu)成；所述分布排列是指兩個(gè)二象限光電傳感器相距一定間距Z而首尾對齊平行排列或者首尾錯(cuò)開一定距離平行排列；每個(gè)二象限光電傳感器的兩光電探測器分別輸出一路信號(hào)，兩路信號(hào)組成一對信號(hào)；四象限光電傳感器共輸出兩對信號(hào)；該兩對信號(hào)經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集后得到兩對采樣數(shù)據(jù)序列，每對采樣數(shù)據(jù)序列包含兩組采樣數(shù)據(jù)序列。
[0027]所述A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集是指對所述象限光電傳感器輸出的多路信號(hào)進(jìn)行并行(同步)或分時(shí)(異步)的采樣、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集而得到多組數(shù)據(jù)序列，或者對多路信號(hào)先經(jīng)信號(hào)預(yù)處理后再進(jìn)行同步或異步的采樣、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集而得到多組采樣數(shù)據(jù)序列。所述信號(hào)預(yù)處理是指對象限光電傳感器輸出的多路信號(hào)分別進(jìn)行放大。
[0028]本方法第2)步中用微分差相關(guān)計(jì)算得到速度特征延時(shí)量的步驟如下:
2.1)將一對采樣數(shù)據(jù)序列中的兩組采樣數(shù)據(jù)序列分別進(jìn)行數(shù)值微分得到兩組數(shù)值微分值；所述數(shù)值微分是指依序?qū)⒚拷M采樣數(shù)據(jù)序列中相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相減運(yùn)算而形成一組新的數(shù)據(jù)序列；所述相減運(yùn)算是指將每組采樣數(shù)據(jù)序列中的前一個(gè)數(shù)據(jù)值減去后一個(gè)數(shù)據(jù)值或者后一個(gè)數(shù)據(jù)值減去前一個(gè)數(shù)據(jù)值；
2.2)將其中一組數(shù)值微分值延時(shí)或超前平移一個(gè)時(shí)間量，再將平移過的一組數(shù)值微分值和未平移的一組數(shù)值微分值分別依序?qū)?yīng)相減，每個(gè)相減的差取絕對值，所有絕對值求累加和，得到一個(gè)相關(guān)計(jì)算值；
2.3)改變平移時(shí)間量，重復(fù)步驟2.2)，如此多次改變平移時(shí)間量，即可得到在不同平移時(shí)間量下的多個(gè)相關(guān)計(jì)算值；其改變平移時(shí)間量的次數(shù)小于一組數(shù)值微分值序列長度的2倍。
[0029]2.4)在所有相關(guān)計(jì)算值中搜索出最小相關(guān)計(jì)算值和其對應(yīng)的時(shí)間平移量，該最小相關(guān)計(jì)算值對應(yīng)的時(shí)間平移量除以數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間間隔即得速度特征延時(shí)量?。
[0030]因此每個(gè)二象限光電傳感器輸出的兩路信號(hào)經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集后，再用所述微分差相關(guān)計(jì)算得到一個(gè)速度特征延時(shí)量所述四象限光電傳感器輸出的四路信號(hào)經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集后，再用所述微分差相關(guān)計(jì)算得到兩個(gè)速度特征延時(shí)量M、％。
[0031]當(dāng)被測體是平移運(yùn)動(dòng)的固體、液體或氣體時(shí)，第3)步中利用所得到的速度特征延時(shí)量和速度計(jì)算法計(jì)算被測體速度的公式為V=PAmT0)，式中/?二象限光電傳感器中兩個(gè)光電探測器之間的距離，4為二象限光電傳感器輸出信號(hào)的采樣周期，《是二象限光電傳感器的速度特征延時(shí)量；H直的大小表示了被測體的線速度大小，H直符號(hào)代表了被測體的線位移方向(正負(fù)所代表的方向相反)。
[0032]當(dāng)被測體是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的旋轉(zhuǎn)物體或渦旋流場時(shí)，第3)步中利用所得到的速度特征延時(shí)量和速度計(jì)算法計(jì)算被測體速度的公式為ω ={/Bil-1/一 P八LT)，式中分別為兩個(gè)二象限光電傳感器的速度特征延時(shí)量，/?二象限光電傳感器中兩個(gè)光電探測器之間的距離，Z為兩個(gè)二象限光電傳感器之間的間距，Ti為兩個(gè)二象限光電傳感器輸出信號(hào)的采樣周期；W值表示了被測體的轉(zhuǎn)速大小，W值符號(hào)代表了被測體的旋轉(zhuǎn)方向。
[0033]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明實(shí)施例主要包括固態(tài)物或流體物的轉(zhuǎn)速和線速度兩方面的測量，涉及機(jī)械轉(zhuǎn)軸及液態(tài)流體物的轉(zhuǎn)速和線速度的測量，其他被測體(氣液態(tài)流體、粉塵等)的線速度和蝸旋速的測試方法與之相同，只是被測對象及所用到的象限光電傳感器的象限數(shù)不同而已。
[0034]實(shí)施例一:參見圖1、圖2，本發(fā)明非接觸式微分差相關(guān)瞬時(shí)速度傳感方法，當(dāng)用于旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速測量時(shí)，具體步驟為:
(I)用有一定強(qiáng)度的自然光源或人造光源照射被測旋轉(zhuǎn)體1，被測旋轉(zhuǎn)體I的端面反射產(chǎn)生隨機(jī)分布圖像，反射圖像經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)2成像到四象限光電傳感器3上。
[0035](2)所述四象限光電傳感器3是由結(jié)構(gòu)相同或近似的四個(gè)矩形光電探測器(PD1、PD2、PD3和TO4)分布在矩形的四個(gè)角上而構(gòu)成的，如圖2所示。相鄰兩個(gè)角上的兩個(gè)光電探測器(PDl與TO2)構(gòu)成一個(gè)二象限光電傳感器，另兩個(gè)角上的光電探測器(PD3與TO4)構(gòu)成另一個(gè)二象限光電傳感器；PD1與H)2、PD3與Η)4的距離均為Z7，兩個(gè)二象限光電傳感器相距Z且平行排列構(gòu)成所述四象限光電傳感器，每個(gè)光電探測器的長寬之比約為1.5~20。
[0036](3 )四象限光電傳感器3中的兩個(gè)二象限光電傳感器輸出兩對信號(hào)S1⑴與S2⑴、S3(t)與&(0 ;這兩對信號(hào)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4中經(jīng)前置放大、并行采樣及并行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集后，得到兩對數(shù)據(jù)序列S1 (η)與S2 (n)、S3 (η)與S4 (η)，每對數(shù)據(jù)序列包含兩組數(shù)據(jù)序列；該兩對數(shù)據(jù)序列傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)5。
[0037](4)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5分別對該兩對數(shù)據(jù)序列進(jìn)行微分差相關(guān)計(jì)算而得到兩個(gè)速度特征延時(shí)量M和叫。所述微分差相關(guān)計(jì)算是指