專利名稱：直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量技術(shù)領(lǐng)域的測速方法及系統(tǒng)，具體地說，涉及的是一種 直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)對直線運動物速度的測量主要使用非接觸式測量技術(shù)，目前應(yīng)用比 較多的非接觸式測量技術(shù)有線圈靶測速、雷達(dá)測速、激光多普勒測速、高速攝影、 光幕測速等。其中線圈耙測速需要先把被測物體磁化，當(dāng)被測物體通過固定位置 的傳感器時產(chǎn)生過靶信號，獲得物體的瞬時速度，但是由于線圈靶只能測試金屬 物體，因此有比較大的局限性，同時測量精度也不是很高，且不適用于高精度的 全過程測量；高速攝影準(zhǔn)確度較低、操作和數(shù)據(jù)處理繁瑣， 一般用于精度要求不 高的速度測量；雷達(dá)測速和激光多普勒測速都是以多普勒效應(yīng)原理為基礎(chǔ)，只是 波長不一樣，具有精度高、能多點測量的特點，但是設(shè)備的造價成本比較高，維 護(hù)不方便，同時由于小型的目標(biāo)不易捕捉，因此不適用于小物體的測量；光幕測 速以LED、激光等為光源，當(dāng)被測物體通過光幕時，光接收器光通量改變，經(jīng)過 光電轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生過
靶電脈沖信號，具有測試精度高，便于維護(hù)，成本低等特點，在高度運動物 體速度測量上應(yīng)用非常廣。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請?zhí)枮?2156675. 5的高速飛行物體 激光測速方法及測量儀正是一種基于激光光幕測速方法的測速設(shè)備，其基本原理 如下激光器輸出激光，經(jīng)過光束整形器整形后，被分束鏡分成兩束光，再經(jīng)反 射鏡反射，兩束光分別形成兩束平行的光學(xué)光幕，然后經(jīng)過聚焦透鏡將光束分別 匯聚于光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號分別經(jīng)過低噪聲放大器和電平轉(zhuǎn)換器 達(dá)到TTL電平，再輸入到邏輯分析器中對所得到的光脈沖信號進(jìn)行邏輯分析和計 時間，由數(shù)字處理器控制邏輯分析器得到計時數(shù)據(jù)，并在數(shù)字顯示器中顯示。
上述專利對小型運動物體通過特定位置的瞬時速度能進(jìn)行精確測量，但不能對物體的運動狀況進(jìn)行全過程測量，不能獲得運動物體的加速度、減速度等運動 狀況，不適用于非勻速運動物體。原因如下(l)通過分束鏡將激光分成兩束光， 再通過反射鏡形成兩束平行的光學(xué)光幕，通過計算物體先后通過光幕中兩光束的 時間差來計算物體運動速度，由于分束鏡和整形器以及接收端的光電轉(zhuǎn)換器體積 的限制，光幕中的兩平行光束的距離不可能做的很小，因此該測速儀測得速度是 物體通過光幕中兩平行光束的平均速度，對于非勻速運動的物體，不僅不能獲得 其加、減速度，同時對于測量點的瞬時速度也不能進(jìn)行高精度測量。(2)在物體 的運動軌跡上連續(xù)放置該測速儀，可測量物體運動過程中多點的速度數(shù)據(jù)，但測 得數(shù)據(jù)不具有連續(xù)性，并不能進(jìn)行物體運動的全過程測量，同時，由于測量一點 速度值就需要一臺該測速儀，當(dāng)測量距離增大，測量點增多時，花費的隨之增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種直線運動物體多區(qū)截激光光幕 測速方法及系統(tǒng)，即由激光器發(fā)射激光束產(chǎn)生激光光幕，并通過將物體的運動路 徑分成若干個長度為已知的區(qū)間，每個區(qū)間包括一個遮光面和一個通光面，由此 構(gòu)成多區(qū)截區(qū)域，使得對物體通過多區(qū)截區(qū)域中每個區(qū)間的速度值的測量轉(zhuǎn)化為 對該區(qū)間遮光面和通光面切割激光束所需的時間值的測量，再利用光電脈沖觸發(fā) 硬件計數(shù)原理測量每個區(qū)間切割激光束的時間值并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)區(qū)間內(nèi)物體運動 的速度值，使其具有對直線運動物體實現(xiàn)特定距離內(nèi)的速度的全過程精確測量的 功能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，由激光器發(fā)射激光 束，齒形條沿物體運動方向垂直安裝在直線運動物體上，齒形條上每相鄰的矩形 齒和矩形孔作為一個齒形區(qū)間，整個齒形條即為有多個齒形區(qū)間構(gòu)成的多區(qū)截區(qū) 域，安裝有齒形條的直線運動物體垂直切割激光束，齒形條和激光束相對運動形 成多區(qū)截激光光幕，光電轉(zhuǎn)換器接收的激光束在齒形條切割過程中，光通量不斷 發(fā)生改變，光電轉(zhuǎn)換器按照光通量變化的頻率產(chǎn)生電脈沖信號，并將電脈沖信號 送入放大和濾波電路處理，再由數(shù)字電路對每一個脈沖寬度進(jìn)行計時并實時存入 數(shù)字電路自身所帶的RM1，測量結(jié)束后，數(shù)字電路再通過控制串口等數(shù)據(jù)傳輸裝
置將存放在RAM中的所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)或嵌入式設(shè)備上，再在PC機(jī)或嵌入式設(shè)備上計算并繪制速度曲線和經(jīng)過計算后得到的加速度曲線。 本發(fā)明上述方法包括如下步驟
第一步，將齒形條沿物體運動方向垂直安裝在運動物體上，構(gòu)建切割激光束 的多區(qū)截區(qū)域；
第二步，將激光器和光電轉(zhuǎn)換器分別安裝在激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)節(jié) 裝置上，調(diào)節(jié)激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)節(jié)裝置的高度，使激光器發(fā)出的激光 束可以完全切割位于運動物體上的齒形條；
第三步，當(dāng)安裝有齒形條的運動物體運動至激光測速范圍，齒形條切割激光 束產(chǎn)生連續(xù)的光脈沖，光電轉(zhuǎn)換器接收連續(xù)的光脈沖產(chǎn)生連續(xù)的電脈沖；
第四步，電脈沖經(jīng)過放大、濾波、施密特比較后轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平輸入到 數(shù)字計時和存儲電路；
第五步，數(shù)字計時和存儲電路記錄每相鄰兩個電脈沖的時間，并將計時數(shù)據(jù) 存入RAM中進(jìn)行保存；
第六步，通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將存儲在RAM中的所有數(shù)據(jù)按順序傳輸至PC或 嵌入式設(shè)備中，在PC或嵌入式設(shè)備中計算并繪制速度曲線，以及通過對速度曲 線求導(dǎo)繪制加速度曲線。
在第一步中，齒形條的長度可以根據(jù)測速要求和運動物體的尺寸靈活設(shè)置。 齒形條上間隔出現(xiàn)的矩形齒和矩形孔的寬度可根據(jù)測量精度的要求靈活設(shè)置，但 必須保證矩形齒和矩形孔的寬度均大于照射至齒形條平面的激光束的寬度。
在第二步中，激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)節(jié)裝置橫跨運動物體運動軌道安 裝，使激光器和光電轉(zhuǎn)換器分別位于運動軌道的兩側(cè)，同時調(diào)整激光器和光電轉(zhuǎn) 換器安裝和調(diào)節(jié)裝置高度，使激光器產(chǎn)生的激光束可以切割齒形條。
在第三步中，安裝有齒形條的運動物體運動至激光測速范圍并開始切割激光 束，按照常規(guī)技術(shù)，齒形條上的矩形齒遮擋激光束，矩形孔通過激光束，光電轉(zhuǎn) 換器由此接收到連續(xù)變化的光脈沖并產(chǎn)生相應(yīng)頻率變化的電脈沖。
在第四步中，電脈沖的放大、濾波、施密特比較處理均在脈沖整形電路中實 現(xiàn)，根據(jù)實際的測速要求設(shè)計合適的濾波電路，減小干擾。電脈沖經(jīng)過脈沖整形 后轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平供數(shù)字計時和存儲電路使用。
在第五步中，數(shù)字計時和存儲電路接收到第一個矩形齒遮光產(chǎn)生的脈沖后，
7打開計時器，之后每收到一個矩形齒遮光產(chǎn)生的脈沖后，將計時數(shù)據(jù)鎖存，然后 通過普通的單穩(wěn)延遲芯片產(chǎn)生謬秒級的延遲后，先將鎖存的每相鄰兩個脈沖之間 的計時數(shù)據(jù)寫入RAM中進(jìn)行保存，再將計時器清零并開始對下一個齒形區(qū)間的脈 沖進(jìn)行計時。
在第六步中，通過數(shù)據(jù)傳輸裝置接收存儲在RAM中的每個齒形區(qū)間對應(yīng)的時 間值至PC或嵌入式設(shè)備，并通過在PC或嵌入式設(shè)備中編寫上位機(jī)程序，計算并 描繪出運動物體運動齒形條長度過程中速度描點圖、速度擬合曲線圖，并從速度 擬合曲線圖求得加速度曲線圖。
本發(fā)明所涉及的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)，包括有齒形條，激 光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置，激光器，光電轉(zhuǎn)換器，脈沖整形電路，數(shù)字計 時和存儲電路，數(shù)據(jù)傳輸裝置，顯示設(shè)備。齒形條沿物體運動方向垂直安裝在運 動物體上；激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝在激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置上；激 光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置橫跨運動物體運動軌道安裝，使激光器和光電轉(zhuǎn) 換器分別位于物體運動軌道的兩側(cè)，并調(diào)節(jié)激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置的 高度，使安裝在運動物體上的齒形條可以在運動過程中切割激光器產(chǎn)生的激光 束；脈沖整形電路連接光電轉(zhuǎn)換器，接收由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電脈沖；數(shù)字計時 和存儲電路連接脈沖整形電路，接收經(jīng)過脈沖整形電路整形后的TTL脈沖；顯示 設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸裝置連接數(shù)字計時和存儲電路。
上述各部件的光路和電路的信號傳輸為安裝在激光器和光電轉(zhuǎn)換器的安裝 調(diào)節(jié)裝置上的激光器發(fā)送激光，安裝在運動物體上的齒形條隨運動物體直線運動 并切割激光束形成多區(qū)截激光光幕，齒形條上的矩形齒遮擋激光束，矩形孔通過 激光束，激光光通量發(fā)生變化，安裝在激光器和光電轉(zhuǎn)換器的安裝調(diào)節(jié)裝置上的 光電轉(zhuǎn)換器接收不斷變化的激光光通量并轉(zhuǎn)化為電脈沖，電脈沖經(jīng)過脈沖整形電 路后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，再輸入到數(shù)字計時和存儲電路，在數(shù)字計時和存儲電路 中通過計數(shù)芯片計數(shù)晶振脈沖個數(shù)獲得時間值再將每個時間值存儲到RAM中，顯 示設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸裝置得到存儲在MM中的時間值，并通過計算得到物體每運 動一個齒形區(qū)間長度的平均速度，由所有測得速度值繪制物體直線運行整個齒形 條長度過程中的速度曲線和經(jīng)過求導(dǎo)計算后的加速度曲線。
本發(fā)明中的直線運動物體多區(qū)截光幕測速系統(tǒng)的齒形條沿物體運動方向垂直安裝在直線運動物體上，包括在長度和高度上進(jìn)行壓縮和擴(kuò)展，以及矩形齒和 矩形孔寬度的壓縮和擴(kuò)展，激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝底座和調(diào)整裝置寬度和高度 的壓縮和擴(kuò)展，使激光器和光電轉(zhuǎn)換器分別位于運動物體運動軌道的兩側(cè)，同時 使激光束高度可以垂直切割齒形條，激光器和光電轉(zhuǎn)換器分別水平安裝于激光器 和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置上并處于一條直線，使光電轉(zhuǎn)換器可以完全準(zhǔn)確接收 激光束。
本發(fā)明的方法特別適用于速度變化大的直線運動物體的全過程速度測量，能 夠準(zhǔn)確繪制直線運動物體啟動和制動等非勻速運動狀態(tài)下的速度曲線和加速度 曲線。所設(shè)計的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)具有體積小、重量輕、成 本低，精度高、使用方便和便于維修等優(yōu)點。
本發(fā)明是基于多區(qū)截激光光幕測速原理的測速系統(tǒng)，用于對直線運動的物體 進(jìn)行全過程的速度高精度測量(具體效果見實施例)。該系統(tǒng)可用于測量汽車、 列車的啟動、行駛和制動過程的速度，可以測量飛機(jī)的起飛和降落后制動過程的 速度，也可以測量炮彈等攻擊性武器的彈射裝置的彈射速度等。


圖1為本發(fā)明的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 其中1、齒形條，2、激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置，3、激光器，4、
光電轉(zhuǎn)換器，5、脈沖整形電路，6、數(shù)字計時和存儲電路，7、數(shù)據(jù)傳輸裝置，8、
顯示設(shè)備。
圖2為本發(fā)明實施例彈射裝置減速過程速度描點及擬合曲線圖。 圖3為本發(fā)明實施例彈射裝置減速過程曲線其中圖a為彈射裝置減速過程速度和時間擬合圖，圖b為加速度曲線圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方
案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保 護(hù)范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例所涉及的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)，包
括有齒形條l，激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置2，激光器3，光電轉(zhuǎn)換器4， 脈沖整形電路5，數(shù)字計時和存儲電路6，數(shù)據(jù)傳輸裝置7，顯示設(shè)備8。齒形條1沿物體運動方向垂直安裝在運動物體上；激光器3和光電轉(zhuǎn)換器4安裝在激光 器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置2上；激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置2橫跨運 動物體運動軌道安裝，使激光器3和光電轉(zhuǎn)換器4分別位于物體運動軌道的兩側(cè)， 并調(diào)節(jié)激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置2的高度，使安裝在運動物體上的齒形 條1可以在運動過程中切割激光器3產(chǎn)生的激光束；脈沖整形電路5連接光電轉(zhuǎn) 換器4，接收由光電轉(zhuǎn)換器4產(chǎn)生的電脈沖；數(shù)字計時和存儲電路6連接脈沖整 形電路5，接收經(jīng)過脈沖整形電路5整形后的TTL脈沖；顯示設(shè)備8通過數(shù)據(jù)傳 輸裝置7連接數(shù)字計時和存儲電路6。
其光路和電路的信號傳輸為安裝在激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置2上 的激光器3發(fā)送激光，沿物體運動方向垂直安裝在運動物體上的齒形條1隨物體 直線運動并切割激光束，形成多區(qū)截激光光幕，齒形條1上的矩形齒遮擋激光束， 矩形孔通過激光束，激光光通量發(fā)生變化，安裝在激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié) 裝置2上的光電轉(zhuǎn)換器4接收不斷變化的激光光通量并轉(zhuǎn)化為電脈沖，電脈沖經(jīng) 過脈沖整形電路5后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，再輸入到數(shù)字計時和存儲電路6，數(shù)字 計時和存儲電路6中通過計數(shù)芯片計數(shù)晶振脈沖個數(shù)獲得時間值并將每個時間 值存儲到RAM中，顯示設(shè)備8通過數(shù)據(jù)傳輸裝置7得到存儲在RAM中的時間值， 并通過計算得到物體每運動一個齒形區(qū)間長度的平均速度，由所有測得的速度值 描繪物體直線運行齒形條長度過程中的速度曲線和經(jīng)過求導(dǎo)計算后的加速度曲 線。
本實施例中，齒形條1垂直安裝在水平運動上，包括在長度和高度上進(jìn)行壓 縮和擴(kuò)展，矩形齒和矩形孔寬度的壓縮和擴(kuò)展，激光器3和光電轉(zhuǎn)換器4安裝底 座和調(diào)整裝置2寬度和高度的壓縮和擴(kuò)展，使激光器3和光電轉(zhuǎn)換器4分別位于 運動物體運動軌道的兩側(cè)，同時使激光束高度可以垂直切割齒形條1，激光器3 和光電轉(zhuǎn)換器4分別水平安裝于激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置2上并處于一 條直線，使光電轉(zhuǎn)換器4可以完全準(zhǔn)確接收激光束。
本實施例所涉及的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法是利用上述直線 運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)檢測某一彈射裝置的減速過程，該彈射裝置為 水平直線運動，其減速特征為在小于1.5米的距離內(nèi)從最高速66m/s減速為 0. 18m/s。根據(jù)實際的測速要求，具體實施步驟如下
101，根據(jù)實際被測物體的減速距離小于1.5 米的要求，本實施例取齒形條長度為1. 5米，并且取齒形條上矩形齒和矩形孔均 勻間隔分布，根據(jù)矩形齒和矩形孔的寬度均大于照射至齒形條平面的激光束的寬 度的要求，由于實施例中照射至齒形條平面的激光束的寬度為0.8毫米，則可取 每個齒形區(qū)間長度為3毫米，即矩形齒和矩形孔的寬度均為1. 5毫米。
2、 激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置2安裝在被測物體運動軌道的減速 段，并將激光器3和光電轉(zhuǎn)換器4安裝在直線運動物體運動軌道的兩側(cè)，同時調(diào) 整激光器3和光電轉(zhuǎn)換器4高度，使激光束可以垂直切割齒形條。
激光器3選擇GLOBAL LASER公司Beta CW系列中的194-026型激光器，該 激光器有激光電源、制冷系統(tǒng)、激光二極管三部分組成，輸出波的波長介于660 納米到680納米之間，光點尺寸標(biāo)準(zhǔn)值為100謬米。
3、 光電轉(zhuǎn)換器4，選用AEPX65光敏二極管實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換，將齒形條切 割激光束后產(chǎn)生的光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，并把電脈沖信號傳輸?shù)叫盘栒{(diào) 理電路5。
4、 信號調(diào)理電路5對電脈沖信號加以放大、濾波和施密特比較處理轉(zhuǎn)換成
m電平。
5、 數(shù)字計時和存儲電路6記錄運動物體每水平直線運動一個齒形區(qū)間長度 的時間。
數(shù)字計時和存儲電路6接收到第一個矩形齒遮光產(chǎn)生的脈沖后，打開16位 計時器，計算由4兆晶振產(chǎn)生的晶振脈沖個數(shù)，之后每收到一個矩形齒遮光產(chǎn)生 的脈沖后，將計數(shù)數(shù)據(jù)鎖存，然后通過普通的單穩(wěn)延遲芯片產(chǎn)生謬秒級的延遲后， 先將鎖存的每相鄰兩個脈沖之間的計時數(shù)據(jù)寫入RAM中進(jìn)行保存，再將計時器清 零并開始對下一個齒形周期脈沖計時。由于矩形齒和矩形孔的寬度的必須大于照 射至齒形條平面的激光束寬度，實施例中照射至齒形條平面的激光束的寬度為 0. 8毫米，則通常取矩形齒和矩形孔寬度均為1. 5毫米到3毫米，由此齒形條一 個齒形區(qū)間長度為3毫米到6毫米。這樣安裝有齒形條的運動物體通過激光束后， 若取齒形條長度為1. 5米，即可產(chǎn)生200到500次光脈沖，數(shù)字電路記錄每次脈 沖產(chǎn)生的時間間隔，由時間間隔計算出物體通過一個齒形周期長度的平均速度， 如果每個齒形區(qū)間長度均選擇為3毫米，測速儀最大的測量速度為120m/s，最小測量速度0.2m/s，在高速測量狀態(tài)，當(dāng)速度為120m/s時，最大測量誤差為 0.833%，在低速測量狀態(tài)，當(dāng)速度為0. 36m/s時，最大測量誤差為0. 334%。
6、數(shù)據(jù)傳輸裝置7，將測量結(jié)束后存放在RAM中的每一個時間值傳輸至數(shù) 字顯示設(shè)備8中。顯示設(shè)備8通過每一個齒形條的時間值計算速度值，并顯示運 動物體在各個矩形孔位置對應(yīng)的速度值和運動一個齒形條長度的速度曲線圖和 加速度曲線圖，如圖2和圖3所示，圖2為速度和時間描點及擬合曲線圖，圖 3a為速度和時間擬合圖，圖3b為加速度曲線圖。
使用直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法測量直線運動物體，若齒形條1 的長度和齒形條上每個齒形區(qū)間長度選用實例中的標(biāo)準(zhǔn)制作，即齒形條長度為 1.5m，每個齒形區(qū)間長度為3mm，則該系統(tǒng)的最大的測量速度為120m/s，最小測 量速度0.2m/s，測量距離為齒形條1的長度，即1.5m，可以反映被測物體從激 光器3所在的測量點開始后的1. 5m距離內(nèi)整個過程物體速度變化過程。激光器 3選擇GLOBAL LASER公司Beta CW系列中的194-026型激光器，該激光二極管 模塊由激光二極管、驅(qū)動電路和校準(zhǔn)直透鏡組成，它們封裝在涂有粉末的電絕緣 銅體內(nèi)，每個器件都有一個可調(diào)透鏡，能發(fā)出高度準(zhǔn)直的光束。光電轉(zhuǎn)換器4， 選用AEPX65光敏二極管，該光敏二極管還具有結(jié)電容小，僅為5pf，暗電流小 為2nA，內(nèi)阻小等優(yōu)點，同時它的響應(yīng)速度在ns級，能過滿足系統(tǒng)工作需要。
齒形條1采用線切割慢走絲工藝，最大誤差^(Ax)-0.01mm，激光器和光電轉(zhuǎn)換
器安裝調(diào)節(jié)裝置2的空間誤差為0. 0018mm，信號調(diào)理電路5和數(shù)字計時和存儲 電路6的計數(shù)誤差為0. 125uS，經(jīng)過計算可得系統(tǒng)的綜合誤差為在高速測量狀態(tài)， 當(dāng)速度為120m/s時，最大測量誤差為0. 833%，在低速測量狀態(tài)，當(dāng)速度為0. 36m/s 時，最大測量誤差為0. 334%。
權(quán)利要求
1、一種直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，其特征在于包括如下步驟第一步，將齒形條沿物體運動方向垂直安裝在運動物體上，構(gòu)建切割激光束的齒形條多區(qū)截區(qū)域；第二步，將激光器和光電轉(zhuǎn)換器分別安裝在激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)節(jié)裝置上，調(diào)節(jié)激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)節(jié)裝置的高度，使激光器發(fā)出的激光束能完全切割位于運動物體上的齒形條；第三步，當(dāng)安裝有齒形條的運動物體運動至激光測速范圍，齒形條切割激光束產(chǎn)生連續(xù)的光脈沖，光電轉(zhuǎn)換器接收連續(xù)的光脈沖產(chǎn)生連續(xù)的電脈沖；第四步，電脈沖經(jīng)過放大、濾波、施密特比較后轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平輸入到數(shù)字計時和存儲電路；第五步，數(shù)字計時和存儲電路記錄每相鄰兩個電脈沖的時間，并將計時數(shù)據(jù)存入RAM中進(jìn)行保存；第六步，通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將存儲在RAM中的所有數(shù)據(jù)按順序傳輸至PC或嵌入式設(shè)備中，在PC或嵌入式設(shè)備中計算并繪制速度曲線，以及通過對速度曲線求導(dǎo)繪制加速度曲線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，其特征 是，在第一步中，齒形條上間隔出現(xiàn)的矩形齒和矩形孔的寬度必須均大于照射至 齒形條平面的激光束的寬度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，其特征 是，在第二步中，激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝和調(diào)節(jié)裝置橫跨運動物體運動軌道安 裝，使激光器和光電轉(zhuǎn)換器分別位于運動軌道的兩側(cè)，同時調(diào)整激光器和光電轉(zhuǎn) 換器安裝和調(diào)節(jié)裝置高度使激光器產(chǎn)生的激光束能切割齒形條。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，其特征 是，在第三步中，安裝有齒形條的運動物體運動至激光測速范圍并開始切割激光 束，齒形條上的矩形孔遮擋激光束，矩形孔通過激光束，光電轉(zhuǎn)換器由此接收到 連續(xù)變化的光脈沖并產(chǎn)生相應(yīng)頻率變化的電脈沖。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，其特征是，在第四步中，電脈沖的放大、濾波、施密特比較處理均采用脈沖整形電路實 現(xiàn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，其特征 是，在第五步中，數(shù)字計時和存儲電路接收到第一個矩形齒遮光產(chǎn)生的脈沖后， 打開計時器，之后每收到一個矩形齒遮光產(chǎn)生的脈沖后，將計時數(shù)據(jù)鎖存，然后 通過普通的單穩(wěn)延遲芯片產(chǎn)生謬秒級的延遲后，先將鎖存的每相鄰兩個脈沖之間 的計時數(shù)據(jù)寫入RAM中進(jìn)行保存，再將計時器清零并開始對下一個齒形區(qū)間脈沖 進(jìn)行計時。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法，其特征 是，在第六步中，通過數(shù)據(jù)傳輸裝置接收存儲在RAM中的每個齒形周期對應(yīng)的時 間值至PC或嵌入式設(shè)備，并通過在PC或嵌入式設(shè)備中編寫上位機(jī)程序，計算并 描繪出運動物體運動齒形條長度過程中速度描點圖、速度擬合曲線圖，并從速度 擬合曲線圖求得加速度曲線圖。
8、 一種直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)，其特征在于包括有齒形條、 激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置、激光器、光電轉(zhuǎn)換器、脈沖整形電路、數(shù)字計時和存儲電路、數(shù)據(jù)傳輸裝置、顯示設(shè)備，其中齒形條沿物體運動方向垂直安裝在運動物體上，激光器和光電轉(zhuǎn)換器設(shè)置在激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝 置上，激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置橫跨運動物體運動軌道設(shè)置，激光器和 光電轉(zhuǎn)換器分別位于物體運動軌道的兩側(cè)，脈沖整形電路連接光電轉(zhuǎn)換器，數(shù)字 計時和存儲電路連接脈沖整形電路，顯示設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸裝置連接數(shù)字計時和存儲電路；齒形條隨運動物體直線運動切割激光器發(fā)送的激光束，光電轉(zhuǎn)換器接收激光 光通量并轉(zhuǎn)化為電脈沖，電脈沖經(jīng)過脈沖整形電路后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，再輸入 到數(shù)字計時和存儲電路，在數(shù)字計時和存儲電路中通過計數(shù)芯片計數(shù)晶振脈沖個 數(shù)獲得時間值再將每個時間值存儲到RAM中，顯示設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸裝置得到存 儲在RAM中的時間值和物體每運動一個齒形區(qū)間長度的平均速度，由測得速度值 得到加速度曲線。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)，其特征 是，所述激光器和光電轉(zhuǎn)換器分別水平安裝于激光器和光電轉(zhuǎn)換器安裝調(diào)節(jié)裝置上并處于一條直線。
10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速系統(tǒng)，其特征 是，所述齒形條上間隔出現(xiàn)的矩形齒和矩形孔的寬度必須大于照射至齒形條平面 的激光束的寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量技術(shù)領(lǐng)域的直線運動物體多區(qū)截激光光幕測速方法及系統(tǒng)，由激光器發(fā)射激光束，沿物體運動方向垂直安裝有齒形條的直線運動物體垂直切割激光束，光電轉(zhuǎn)換器接收的激光束在齒形條切割過程中，光通量不斷發(fā)生改變，光電轉(zhuǎn)換器按照光通量變化的頻率產(chǎn)生電脈沖信號，并將電脈沖信號送入放大和濾波電路處理，再由數(shù)字電路對每一個脈沖寬度進(jìn)行計時并實時存入數(shù)字電路自身所帶的RAM，測量結(jié)束后，數(shù)字電路再通過數(shù)據(jù)傳輸裝置將存放在RAM中的所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)或嵌入式設(shè)備上，再繪制速度曲線和經(jīng)過計算后得到的加速度曲線。本發(fā)明利用多區(qū)截激光光幕測速原理，實現(xiàn)對直線運動物體特定距離內(nèi)的速度的全過程精確測量。
文檔編號G01P3/64GK101629963SQ20091005074
公開日2010年1月20日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者于燁軍, 吉小軍, 展 吳, 萍 蔡, 趙鼎鼎 申請人:上海交通大學(xué)