转速测量方法与转速仪表
转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。本文就转速测量方法以及实施检测的仪表，做一简单的阐述。希望给工作中需要转速测量仪表，和在转速测量或相关领域进行研究开发的人员提供一些参考意见。
关键词：速度线速度角速度转速误差和精度采样时
间虚拟仪表
主题：考察转速测量方法演变，从演变的轨迹对转速测量有一个比较全面
的了解，着重介绍智能转速表的检测方法和实施检测的仪表。
内容提要：
?转速检测仪表的分类
?电子式转速表
?转速测量的方法
?结束语
?附录
一、转速检测仪表的分类：
1.离心式转速表，利用离心力与拉力的平衡来指示转速。离心式
转速表是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速表；测量精度一般在1~2级，一般就地安装。一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点。但是结构比较复杂。
2.磁性转速表，利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利用旋
转力与游丝力的平衡来指示转速。磁性转速表，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速表；一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装。磁性转速表，因结构较简单，目前较普遍用于摩托车和汽车
以及其它机械设备。异地安装时软轴易损坏。
3.电动式转速表，由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组
成。小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机，小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致。磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式转速表，异地安装非常方便，抗振性能好，广泛运用于柴油机
和船舶设备。
4.磁电式转速表，磁电传感器加电流表，异地安装非常方便。
5.闪光式转速表，利用视觉暂留的原理。闪光式转速表，除了检测
转速（往复速度）外，还可以观测循环往复运动物体的静像，对了解机械
设备的工作状态，是一必不可少的观测工具。
6.电子式转速表，电子技术的不断进步，使这一类转速表有了突飞
猛进的发展。
上述６种转速表，具有各自独特的结构和原理，既代表着不同时期的技术发展水平，也体现人类认识自然的阶段性发展过程。时代在不断前进，有些东西将会成为历史；但我们留心回顾一下，不禁要惊叹前贤的匠心！
1.离心式转速表，是机械力学的成果；
2.磁性式转速表，是运用磁力和机械力的一个典范；
3.电动式转速表，巧妙运用微型发电机和微型电动机将旋转运动异
地拷贝；
4.磁电式转速表，电流表头和传感器都是电磁学的普及运用；
5.闪光式转速表，人类认识自然的同时也认识了自我，体现了人类
的灵性；
6.电子式转速表，电子技术的千变万化，给了我们今天五彩缤纷的
世界，同样也造就了满足人们各种需要的转速测量仪表。
二、电子式转速表
电子式转速表是一个比较笼统的概念：以现代电子技术为基础，设计制造的转速测量工具。它一般有传感器和显示器，有的还有信号输出和控制。因为传感器和显示器件方面的多种多样，还有测量方法的多样性，很难像前５种一样来归类。本文将电子类转速表，从传感器和二次仪表分开来分类。如果从安装使用方式上来分，还有就地安装式、台式、柜装式和便携式以及手持式。本文对此
不做详述。
转速传感器
转速传感器从原理（或器件）上来分，有磁电感应式、光电效应式、霍尔效应式、磁阻效应式、介质电磁感应式等。另外还有间接测量转速的转速传感器：如加速度传感器（通过积分运算，间接导出转速），位移传感器通过微分运算，间接导出转速），等等。测速发电机和某些磁电传感器在线性区域，可以直接通
过交流有效值转换，来测量转速；大多数都输出脉冲信号（近似正弦波或矩形波）。针对脉冲信号测转速的方法有：频率积分法（也就是F/V转换法，其直接结果是电压或电流），和频率运算法（其直接结果是数字）。
转速显示仪
显示仪从指示形式来分有指针式、数字式、图形及其混合式和虚拟仪表等；
1.指针式：
?动圈式：线圈、游丝指针联于一旋转轴上，给线圈输入电流，线圈感应出磁力，且互成正比；磁力与游丝的扭力平衡，扭力与指针转角成正比，指针的角度也就反映出输入电流的大小；
?动磁式：正交线圈中电流的变化，导致合成磁场方向的变化，
而指针附着在单对极的永磁体上，指针反映电流的变化。
?电动式：双向旋转的马达带动电位器的旋转，电位器的取样值与输入信号电压比较，决定双向旋转马达正转、反转或停止，与电位器
联动的指针正确反映输入信号的大小。
上述三式指针类表头中，电动式表头属于电子类，动磁式表头和动圈式表头本身不属于电子类，当与表头配套的传感器或表头驱动需要供电电源时，且依赖现代电子技术时，这里就把它归为电子类。
2.数字式、图形及其混合式：
主要是从器件来区分，有数码管、字段式液晶、液晶屏、荧光管、荧光屏、等离子屏和EL屏等。显示技术是一门专门的技术，本文会涉及一些显示技术，
但不做展开阐述。
3.虚拟转速表：
随着计算机的普及，利用计算机做显示和操作平台的虚拟仪表，也越来越被广泛运用，目前主流的开发平台是NI公司的LabVIEW。有关开发运用技术，
可以浏览NI公司的网站。
三、转速测量的方法
?F/V转换
电子类转速测量仪表，由转速传感器和表头（显示器）组成。目前常用的转速传感器，大多输出脉冲信号，只要通过频率电流转换就能与电压电流输入型的指针表和数字表匹配，或直接送PLC;频率电流转换的方法有阻容积分法、电荷泵法和专用集成电路法，前两种方法在磁电转速表中也有运用。专用集成电路大都数是阻容积分法、电荷泵法的综合。目前常用的专用集成电路，有LM331、AD654和VF32等,转换精度在0.1%以上；但在低频时，这种转换就无能为力。采用单片机或FPGA，做F/D和D/A转换，转换精度在0.5~0.05%之间，量程从0~2Hz到0~20KHz，频率低于10Hz时反映时间也变长。关于F/V转换，请参考相应芯片介绍和应用资料，本文不做赘述。
?频率运算
在显示精度、可靠性、成本和使用灵活性上有一定要求时，就可直接采用
脉冲频率运算型转速表。
频率运算方法，有定时计数法（测频法）、定数计时法（测周法）和同步
计数计时法。
定时计数法（测频法）在测量上有±１的误差，低速时误差较大；定数计时法（测周法）也有±１个时间单位的误差，在高速时，误差也很大。
同步计数计时法综合了上述两种方法的优点，在整个测量范围都达到了很高的精度，万分之五以上的测量转速仪表基本都是这种方法。下面以XJP-10B 为例，介绍定时计数法（测频法）、定数计时法（测周法）和同步计数计时法。早期的XJP-10B转速数字显示仪，采用CMOS数字集成电路。其原理可用如
下三个框图表示：
框图一测频原理框图一告诉我们，被测信号通过放大整形进入加法计数器；晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒（或分钟）信号，在计数显示控制器中生成寄存脉冲和
清零脉冲。寄存脉冲将加法计数器的BCD码送入寄存器，通过译码驱动，LED 数码管显示一秒（或分钟）内的计数值，直到下一次寄存脉冲的到来；紧接着清零，进行下一轮计数、寄存（译码显示）；如此，不间断测频。如果我们考察一下这些信号的时序，不难发觉这种定时计数测量方法的缺陷是：被计数脉冲有多一或少一的误差。如果被测频率为10000Hz,多一或少一的误差，相对来讲只不过万分之一；如果被测频率为2Hz,多一或少一的误差，相对来讲就达到了百分之五十，不难看出频率越低，误差越大，而且还有一点，把一秒变成一分钟，误差就变小了。低频时，如不延长采样时间，要提高精度就要采用测周的方法，框图二正是说明这种方法。
框图二测周原理
将框图二与框图一进行比较，我们不难发觉：上述二者的差别在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换，象是代数上的分子分母的颠倒，也正是物理上的频率和周期互为倒数，细心的读者可以体会到，学科之间的内在联系无处不
在。
测周的误差：与测频相似，是多一个或少一个晶体振荡器脉冲，也就是多一个或少一个时基脉冲，晶体振荡器脉冲频率准确度越高误差越小，晶体振荡器脉冲频率越高误差也越小，被测频率越高误差越大；因此测量高频时，对被测信号进行分频，确实是提高测周精度的好方法。在周期过长时，还可通过计数器，借助计时器来测量转速。下面的框图表示了计数器的工作原理。
框图三计数器原理
现在我们可以看出，XJP-10B转速数字显示仪，在CMOS数字集成电路的条件下，已是一款十分完备的转速测量工具，这台仪器的设计者是田同裕先生，与之同期的类似产品还有XJP-02A转速数字显示仪（设计者童敏杰先生，改进者姓名略）。
早期的XJP-10B转速数字显示仪，在今天看来有哪些不足呢？周期和频率都不能等同转速，频率与转速存在倍数关系，通过时基频率的分频（采样时间的倍乘），基本满足了大都数用户的需要，测周则需要用户自己换算成转速。在今天的电子技术条件下，解决这些问题用单片机或FPGA都比较方便。那么今天的设计者怎样设计新的XJP-10B转速数字显示仪呢？下面仍然以XJP-10B转速数字显示仪为例，介绍同步计数计时法。
?同步计数计时法
同步计数计时法，是随着单片机的普及而得到普及运用。同步计数计时法是怎样综合前两种方法的优点的呢？我们还是用时序来分析。
定时计数时序
时序图一时序图二
时序图一：计时和计数脉冲不同步；时序图二：计时和计数脉冲同步。但不管计时和计数脉冲同步与否，都有多一少一的误差。同理，定数计时也有多一少一的
误差。
同步计数计时时序图
当定时器与被测脉冲同步计数时，为避免被测脉冲计数多一少一的误差，将定时作延时调整，等待被测脉冲计数完整；与此同时，取时间基准脉冲计数值。这样脉冲计数N为零误差，时间基准脉冲计数T有多一少一的误差。当时间基准脉冲源（晶振）误差小于十万分之一时，误差源主要是时间基准脉冲计数多一少一引起。
频率f=N/T,假定定时为1秒，时间基准脉冲周期为100μS,T=10000+ΔT f=N/(10000+ΔT),
误差Δf/f=[N/(10000+ΔT)-N/(10000+ΔT±1)]/[N/(10000+ΔT)]
=1-(10000+ΔT±1)/(10000+ΔT)
=±1/(10000+ΔT)
可见误差小于万分之一，随着晶振频率的提高误差减小。
当采用单片机进行计数和运算时，还有中断不及时引起的误差。关于误差的分析本文不再做深入探讨。
频率与转速的关系：
f=P*v/60
f表示频率，P表示每旋转一周产生的脉冲个数，v表示转速亦即每分钟旋转的转数。
T=1/f
新的XJP-10B转速数字显示仪，由于采用了单片机技术，和同步计数计时法，使得测频、测速、测周、计数变得精确，而且非常简单；只要轻触仪表面板控制键，就能在4种功能间切换。由于系数可任意设置，使得仪表与传感器配套，不受输出脉冲数的限制。并且该仪表还有扩展的RS232接口，能与配套的虚拟仪表动态显示频率、转速（速度）、和计数值。
四、结束语：转速仪表结构简单化，品种多样化与系列化，进一步要向人性化发展
随着电子技术发展，单片机技术和大规模可编程数字逻辑电路的普及，为转速仪表结构简单化提供了技术基础。智能芯片的运用，使同一仪表硬件，具有多种不同功能的软件，为多样化系列化带来了便利。智能仪表的软件，可为不同需求量身定做，使得智能仪表又具个性化的特点。
目前，智能化转速数字显示仪表，有通用的SQY01T系列转速数字显示仪，SZC系列电站用转速数字显示仪，SKY系列透平膨胀机智能数字显示仪，以及各种多功能转速仪表，如ZS-1双路转速表、以及显示差速、速比的ZS-2转速表，带方向显示的SQYC转速表，可远传的CS-1转速表等。有了设计人员不断汲取新知识，不断运用新器件，不断开拓新思路，才有这些创新的仪表。
智能仪表，要向人性化发展。仪表在满足使用的同时，也要为使用仪表的人，带来使用上的方便和舒适。把这种理念不断融入设计和产品，造就成功的仪表。本文以此为结束语，期与仪表人共勉。
本文登出后，收到很多专业人士的来电和来函，也得到了很多的宝贵意见，此次修改登出，深表感谢！应大专院校的师生和各行各业专业人士的要求，将具
有代表性的转速表（转速数字显示仪）和传感器列表附于文后，以便设计研究时参考。
附录一、常用传统转速表
附录二、常用转速传感器
附录三、常用频率电流转换器
附录四、常用转速数字显示仪
1.测频原理
所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间变化的次数。电子计数器是严格按照/f N T =的定义进行测频，其对应的测频原理方框图和工作时间波形如图1 所示。从图中可以看出测量过程：输入待测信号经过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可得到其频率。若闸门开启时间为T 、待测信号频率为x
f ，在闸门时间Ｔ内计数器计数值为N ，则待测频率为 /x f N T =
(1)
若假设闸门时间为1s ，计数器的值为1000，则待测信号频率应为1000Hz 或1.000kHz ，此时，测频分辨力为1Hz 。
图1 测频原理框图和时间波形
2.测周原理
由于周期和频率互为倒数，因此在测频的原理中对换一下待测信号和时基信号的输入通道就能完成周期的测量。其原理如图2所示。
图2 测周原理图
待测信号Tx 通过脉冲形成电路取出一个周期方波信号加到门控电路，若时基信号(亦称为时标信号)周期为0T ，电子计数器读数为N ，则待测信号周期的表达式为
0x N T M
T ?=
（2） 例如：x f = 50Hz ，则主门打开1/50Hz （= 20ms ）。若选择时基频率为0f = 10MHz ，时基0T ＝0.1us ，周期倍乘选1，则计数器计得的脉冲个数为0
x N T T == 200000 个，如以m s 为单位，则计数器可读得20.0000(ms) ，此时，测周分辨力为0.1us 。
3．测量时间和计数值
（1）测频模式
测量时间＝闸门时间T
计数值x N f T =?
闸门时间短，测量低频信号，N 可能很小，甚至为0，这种情况应避免。
由于我们使用24位计数器，计数值N<224（16777216），否则溢出（OVER ）。
（2）测周模式 测量时间＝x T M ?
计数值00x x T M N T M f T ?=
=?? 测量时间与被测信号的周期和周期被乘系数成正比，若选择大的周期倍乘系数，测量低频信号时，测量时间将很长。 低频信号选用大的周期被乘系数和高的时标时，计数值会很大，产生溢出。
课程设计报告 题目基于单片机的压电加速度传感器 低频信号采集系统的设计 2014-2015 第二学期 专业班级2012级电气5班 姓名赵倩 学号201295014196 指导教师马鸣 教学单位电子电气工程学院 2015年7月6日
课程设计任务书 1．设计目的： ①掌握电子系统的一般设计方法和设计流程；并完成加速器低频信号的理论设计。 ②掌握应用电路的multisim等软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验 证设计的正确性，完成电路设计。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：压电式加速度传感器作为一种微型传感器，其输出信号比较微弱，通常为几十个毫伏或几百个微伏。所以有必要对其输出电压进行信号调理。主要包括电源模块、放大模块、滤波模块等组成。 3．设计工作任务及工作量的要求： （1）查阅相关资料，完成系统总体方案设计； （2）完成系统硬件设计； （3）对所设计的电路进行仿真； （4）按照要求撰写设计说明书；
一、压电式加速度传感器的概要 (4) 二、信号采集系统的总设计方案 (5) 三、信号采集系统分析 (6) 1、电荷转换部分: (6) 2、适调放大部分 (6) 3、低通滤波部分: (7) 4、输出放大部分 (7) 5、积分器部分： (8) 四、单片机软件设计 (8) 五、Multisim仿真分析 (10) 1．仿真电路图 (10) 2.仿真波形及分析 (11) 六、误差分析 (11) 1、连接电缆的固定 (11) 2、接地点选择 (12) 3、湿度的影响 (12) 4、环境温度的影响 (12) 七、改进措施 (12) 六、心得体会 (12) 七、参考文献 (13)
速度测量方法概述 一、速度测量方法 M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。 T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。 M法、T法各且优劣和适应范围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小，所以往往候M法、T法都无法胜任全速度范围内的测量。因此产生了M法、T法结合的M/T 测速法：低速时测周期、高速时测频率。 二、光电编码器 1、工作原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º；的两路脉冲信号。
2、倍频电路 倍频电路一般是指电机反馈变频器的倍频，一般4倍频居多。举个例子，如果电机装了一个1000线编码器，如果在没有倍频的情况下，电机每转一圈可输出1000个脉冲；如果经过4倍频电路处理，则可以得到一圈4000个脉冲的输出，电机一圈为360°，所以每个脉冲代表的位置为360°/4000，相比360°/1000, 分辨率为4倍。 3、频压转换 在测量转速（频率）时，目前多采用数字电路，但有些场合则需要转速（频率）的变化与模拟信号输出相对应，这样便可在自动控制系统实验中用频/压转换器件代替测速发电机，从而使实验设备简化。
电磁兼容测量方法和测量设备介绍2004.3.24 一基本概念 二电磁兼容基本测量方法和测量标准 三电磁干扰诊断典型方法举例 四 EMC测量需要的仪器设备 一基本概念 什么叫电磁干扰 ?什么叫电磁兼容(EMC)? 电磁干扰必须同时具备的三个条件： a. 干扰源——能产生电磁干扰的元器件； b. 接收器——对干扰敏感的元器件和电路； c. 电磁干扰传播途径分为两种：“传导”和“辐射”。 电磁发射（电磁骚扰）：是指从一个电磁源发散出的电磁能量，它包括两种形式： a. 辐射发射——是指通过空间传播的有用或无用的电磁能量； b. 传导发射——是指沿导线（如电源线、控制线或互连线）传输的电磁能量。 电磁敏感度（电磁抗扰性）：设备暴露在电磁辐射下所呈现的不希望有的响应程度，它也分为两种形式： a. 辐射敏感度——对造成设备降级的辐射干扰的度量； b. 传导敏感度——当引起设备不希望有的响应或造成其性能降低时，对电源线、控制线或信号线上干扰信号的电流或电压的度量。 EMC测量分为：认証测量和诊断测量 EMC认証测量需要的条件： 1.测量依据的标准和规范； 2.测量设备； 3.测量场地。 EMC诊断测量需要的条件： 1.测量设备 2.一般实验室或屏蔽室 二电磁兼容基本测量方法 （一） EMC测量标准介绍： 电磁兼容测量项目很多，军标分得比较细，所以依军标152A为例，同时结合几个常 用的民用标准来讲一下基本的测量内容和测量方法。不管军标还是民标基本测量方法是相同或类似的。一台设备的EMC要从四个方面进行测量： 辐射发射、 辐射敏感度、●传导发射、?传导敏感度。
军标GJB152A是军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求和测量方法。它的测量项目按照英文字母和数字混合编号命名的： C(conduct)—传导, E(emission)—发射, R(radiat)—辐射,S(susceptibility)—敏感度 CE——传导发射 CS——传导敏感度 RE——辐射发射 RS——辐射敏感度 a. 传导发射测量（CE） CE101 25Hz ~10kHz电源线传导发射 CE102 10kHz~10MHz电源线传导发射 CE106 10kHz~40GHz天线端子传导发射 CE107 电源线尖峰信号（时域）传导发射 b. 辐射发射测量（RE） RE101 25Hz ~ 100kHz磁场辐射发射 RE102 10kHz ~ 18GHz电场辐射发射 RE103 10kHz ~ 40GHz天线谐波和乱真输出辐射发射 c. 传导敏感度测量（CS）传导敏感度测量可分为3类9项： ①有关电源线、互连线（信号线、控制线）传导敏感度测量： CS101 25Hz~50kHz电源线传导敏感度 CS106 电源线尖峰信号传导敏感度 CS114 10kHz~400MHz电缆束注入传导敏感度 CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度 CS116 10kHz~100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度 ②有关接收机和调谐放大器的传导敏感度测量： CS103 15kHz~10GHz天线端子互调传导敏感度 CS104 25Hz~20GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度 CS105 25Hz~20GHz天线端子交调传导敏感度 ③有关壳体（如飞机、潜艇和仪器设备等壳体）传导敏感度测量： CS109 50Hz~100kHz壳体电流传导敏感度 d. 辐射敏感度测量（RS） RS101 25Hz~100kHz磁场辐射敏感度 RS103 10kHz~40GHz电场辐射敏感度 RS105 瞬变电磁场辐射敏感度 (2) 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法（GB9254）主要测量内容： a. 电源端子和电信端口的传导骚扰限值和测量方法 b. 辐射骚扰和测量方法 (3) 信息技术设备抗扰度的基础系列标准（GB/T17626-1998）主要测量内容 该标准包括以下分标准： GB/T17626.1 抗扰度试验总论（IEC61000-4-1） GB/T17626.2 静电放电抗扰度试验（IEC61000-4-2 ） GB/T17626.3 射频电磁场抗扰度试验（IEC61000-4-3） GB/T17626.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（IEC61000-4-4） GB/T17626.5 浪涌（冲击）抗扰度试验（IEC61000-4-5） GB/T17626.6 射频场感应的传导骚扰抗扰度（IEC61000-4-6） GB/T17626.7 供电系统及相连设备的谐波、谐间波的测量和测量仪器导则（IEC61000-4-7）GB/T17626.8 工频磁场抗扰度试验（IEC61000-4-8） GB/T17626.9 脉冲磁场抗扰度试验（IEC61000-4-9）
转速测量方案返回主页 作者范家保 转速（速度）在线测量方案选择时，一般要考虑的问题有以下几点： 1.被测物体运动的速度范围； 超低速(0.10~2.00r/min) 低速(0.5~500r/min) 中高速(20~20000r/min) 高速(500~200000r/min) 超高速(500~600000r/min) 全速(0.10~600000r/min) 2.被测物体可测点几何形状； 轴（光轴/带孔/带槽/带销/叶片） 传动齿轮/皮带 3.环境条件； 4.动态/静态显示、记录、控制；
5.误差、响应时间、输出控制形式等； 测速范围作为基本参数，直接关系到传感器和测速仪的选择；比如在20~20000r/min这一测速范围，函盖了低速、中高速，满足这一测速范围的传感器和测速仪表品种比较多；如果测速范围在20r/min 以下，甚至0.1r/min以下,这就是超低转速测量，不是普通的传感器和测速仪表能满足的了。 被测物体可测点几何状况及环境条件，往往是传感器和测速仪的最大制约因数。比如一种微型电机，被测旋转轴直径只有 1.5mm，只有端面露在外面，且此轴没有负载能力，如何检测？再如被测物体转速0.10~2.00r/min,要求测量仪表输出4~20mA的标准信号，测量环境70摄氏度，这就要求传感器和测速仪不光满足测速范围的要求，还要满足环境温度的要求。 被测物体可测点几何形状，关系到适用传感器的品种，可测点周边空间关系到选用传感器的可安装性，可测点环境关系到传感器和仪表的耐受特性。 动态测量和静态测量，关系到测量方法和瞬时转速的概念，静态测量一般选用的采样时间为0.5秒到2秒，超低转速时，可延时到60秒。动态测量一般采样时间选择小于0.1秒，高速采样时，要求采样时间不超过0.01秒。 在线测量有时作为观测手段，只需要显示；有时作为反馈，用于
分类号： 密级：毕业论文（设计） 题目:重力加速度多种测量方法的讨论系别: 专业年级: 姓名: 学号: 指导教师: 2015年06月03日
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摘要 物理学的产生和发展都离不开实验，而对于一个相同的物理量来说，可以有不同的测量方法和测量途径。本论文主要是研究用弹簧测力计和天平组合测量法、水滴法、单摆法、打点计时器法来测量重力加速度。并分别从以下几个方面来对这四种实验进行讨论：实验原理理解的难易程度、操作过程的繁易程度、是否适合自身条件、是否适合测量当地的重力加速度、每个实验所产生误差的原因。通过对前边四种实验的理解，结合自己的实验条件，设计出了一个用小球和细管的组合来测量重力加速度的方法。并多次做了这个实验，并把实验的结果与前边四种实验方法进行比较，比较了这几种方法的优点缺点以及测量的精确度。最后对这几种测量方法进行分析归纳，总结出这几种实验方法的利与弊，找出了一种既方便又能精确测量当地重力加速度的方法。 关键词：重力加速度；实验；测量方法
压 电 式 加 速 度 测 试 系 统 姓名：张书峰 学号：201003140125 学院：机电学院 班级：机自101 指导教师：王玮
一设计概论 压电传感器是一种可逆性传感器，既可以将机械能转换为电能，又可以将机械能转换为电能。它是利用某些物质（如石英、钛酸钡或压电陶瓷、高分子材料等）的压电效应来工作的。在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量的目的。因此是一种典型的自发电式传感器。压电传感器是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如，动态力、动态压力、振动加速度等 现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要把信息加以处理。因此非电量电测系统，具体来说，一般包括传感器(信息的获得)、测量电路(信息的转换)、放大器、指示器、记录仪(信息的显示)等几部分有时还有数据处理仪器(信息的处理)。它们间的 关系可 用右框 图来表 示。 其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位 置。它获得信息 的正确与否，直 接影响到整个 测量系统的测 量效果。测量电 路的作用是把 传感器的输出
变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用的测量电路是电荷放大器。常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图1.2 二整体设计方案 1、测量的示意图 2、设计的原理 压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。 3、方框图
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目录 第1章转速测量文献综述 (1) 1.1 转速测量的意义 (1) 1.2 转速测量现状 (1) 1.2.1 磁电式转速测量 (1) 1.2.2 光电式转速测量 (2) 1.2.3 电感式转速测量 (2) 1.2.4 等 (2) 第2章总体方案设计 (2) 2.1 方案一 (3) 2.2 方案二 (5) 2.3 方案三 (6) 2.4 方案分析对比 (8) 2.5 小结 (9) 第3章具体设计与特性分析 (10) 3.1 传感器设计 (10) 3.2 转换电路设计 (11) 3.3 传感器总体分析 (11) 3.4 使用条件和误差补偿 (11) 3.5 仿真实验 (11) 3.6 小结 (12) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15) 千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行
第1章转速测量文献综述 1.1转速测量的意义 工业生产中经常需要关注转速问题，转速是标志设备运转是否正常的重要指标，实时的监测转速，对了解设备的运行，提高工农产品的质量和效率有重要意义。转速测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法。 1.2转速测量现状 ■凡能随转速而变化的物理量都可用作转速传感器，例如： ●电磁传感器 ●霍尔传感器 ●光电传感器 ●闪烁传感器 等等 1.2.1磁电式转速测量 磁电式转速传感器主要是利用磁阻元件来做转速测量的。磁阻元件有一个特性，转速表就是其阻抗值会随着磁场的强弱而变化。通常磁电式传感器内装有磁性铁，使传感器预先带有一定的磁场，当金属的检测齿轮靠近传感元件时，齿轮的齿顶与齿谷所产生的磁场变化使得传感元件的磁阻抗也跟着变化。但是磁阻元件的阻抗值随温度变化很大，用一个磁阻元件测量转速时，温漂影响非常厉害，这使磁阻元件的应用受到很大的限制。可是我们的传感器却不同，它采用了 2 个磁阻元件，不仅补偿了温度的影响，还大大地增强了传感器的灵敏度。 磁电式转速传感器采用磁电感应原理实现测速，当齿轮旋转时，通过传感器线圈的磁力线发生变化，在传感器线圈中产生周期性的电压，通过对该电压处理计数，就能测出齿轮的转速。该传感器输出信号强，抗干扰
专题十七：对六种瞬时速度测量方法的研究 方法一：直接测微小位移和微小时间法 对运动物体我们可采用光电计时器、照相机、超声波测速仪等工具来记录物体在微小时间内的位移。具体如下： 1）、光电计时器测速 1：光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a 、b 分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a 、b 间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，图中MN 是水平桌面，Q 是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，让滑块d 从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为22.510s -?和21.010 s -?，小滑块d 的宽度为0.5cm 。可测出滑块通过光电门 1的速度v 1=__ ___m/s ，滑块通过光电门2的速度v 2=__ ___m/s 。 2）、照相机拍照测速 2：“神舟”六号载人飞船的发射时，某记者为了拍摄飞船升空的美好瞬间,采用照相机的光圈(控制进光量的多少)是16，快门（暴光时间）是1/60s 拍照，得到照片中飞船的高度是h ，飞船上“神舟六号”四字模糊部分的高度是ΔL ，已知飞船的高度是H 。由以上数据可粗略求出拍照瞬间飞船的瞬时速度。 3）、超声波反射测速 3.下图是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的时间差，测出汽车的速度。图中是测速仪发出的超声波信号，n 1、n 2分别是由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，p 1、、p 2之间的时间间隔Δt ＝1.0s ，超声波在空气中传播的速度是V ＝340m/s ，若汽车是匀速行驶的，则根据图可知，汽车在接收到p 1、、p 2两个信号之间的时间内前进的距离是 m ，汽车的速度是____ ____m/s 方法二：测匀变速直线运动位移时间法 1）、打点计时器测速 2）、频闪照片测速 例如：如图所示，是利用频闪照相研究自由落体运动的示意图．闪光频率为10Hz 的闪光器拍摄的照片中A 球有四个像，像间距离已在图中标出，单位为cm ，可以计算出A 球在3位置的速度 2m/s ． 方法三：用平抛或竖直上抛 方法四：电磁感应规律测速法：依据电磁感应定律可将速度测量转化为电压或电流等电学量的测量。 例如：电磁流量计是广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间通过管 内横截面的流体的体积).为了简化,假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道.其 中空部分长,宽,高分别为图中的a,b,c.流量计两端与输送流体的管道相连, （图中虚线）.图 中流量计的上下两面是金属材料,前后两面是绝缘材料.现于流量计所在处加磁感强度为B
工程测量方法介绍 一、全仪器法 1极坐标法 极坐标法是测量碎部点最常用的方法。如下图所示,Z为测站点,O为定问点,P为待求点。在Z点安置好仪器,量取仪器高i 照准O点,读取定向点O的方向值L0,(常配置为零,以下设定向点的方向值为零),然后照准待求点P量取觇标高(镜高)读取方向值LP,再测出 Z至P点间的距离(斜距)SZP和竖角α(全站仪大部分以天顶距T表示),T=900-α,则待定点坐标和高程可由下式求得: 式中:αZP=αZO-LP 2照准偏心法 当待求点与测站点不通视或无法立镜时,可使用照准偏心法间接测定碎部点的点位,该法包括直线延长偏心法、方问延长偏心法和垂直偏心法。 a直线延长偏心法:如下图所示,Z为测站点,欲测定B点,但Z、B间不通视。此时可在地物边线方问找B’(或B”)点作为辅助点,先用极坐标法测定 其坐标,再用钢尺量取BB’(或BB”)的距离,即可求出B点的坐标。 b方向延长偏心法 在下图中,欲测定B点,但B点不宜立尺或立镜。此时可先测定ZB方向上的B’点,再丈量B’至B的距离ΔS,则B点的坐标可由下式得到: 式中,αZB=αZO+LB,ΔS为B’B的平距且很短。此法在线状或带状地物边有茂密植被时特别适用。 c垂直偏心法 如下图所示,欲测一点,由于Z、A间不通视,无法用极坐标法直接测定。 此时可在片附近找一 通视点A'(或A"),并使为直角(A或A"的位置可用直角棱镜设置),再量出AA'(或AA")的距离e’(或e"),即可按下式求出A点的坐标 式中,α A'A=αZO+Li-90 (对于A”点,αA'A=αZO+Li+90 ,α
ZO 为定点方向的坐标方位角,Li为照准 A'或A''时的方向值。 二、半仪器法(方向交会法):该方法主要包括方向直线交会法和方向直角交会法两种。1方向直线交会法:如下图所示,A、B为已知碎部点,欲测定i点。此时只要照准i点,读取 方向值 ,应用戎恪公式可计算出i点的坐标: 式中,α=αAZ-αAB,β=αZO+Li-αZA。使用该法测定规则的家属区很方便。 2方向直角交会法:对于构成直角的地物,可用方向直角交会法很方便地测定通视点的 位置。如下图所示,测出两个房角点A、B后,只要连续照准角点1,2,3,…分别读取方向值几,就可连续求出照准点的坐标。 当照准目标位于ZB方问的右侧时则 当照准目标位于ZB方向的左侧时 其余2,3,…各点计算类似。 三勘丈法:勘丈法指利用勘丈的距离及直线、直角的特性测算出待定点的坐标。 1直角坐标法又称正交法,它是借助测线和垂直短边支距测定目标点的方法。正交法使用钢尺丈量距离,配以直角棱镜作业。支距长度不得超过一个尺长。如下图所示,已知A、B两点,欲测碎部点i,则以AB为轴线,自碎部点i向轴线作垂线(由直角棱镜定垂足)。假 设以A为原点,只要量测得到原点A至垂足。di的距离αi和垂线的长度bi就可求得碎部点i的位置。 其中, 当碎部点位于轴线(AB方向)左侧时,取"-",右侧时取"+"。 2距离交会法:如下图所示。已知碎部点A、B欲测碎部点P,则可分别量取P至A、B 点距离D1 、D2 ,即可求得P点的坐标。先根据己知边DAB和D1、D2,求出角αβ 再根据戌格公式即可求得xp、yp 3距离直线交会法:如下图所示,A、B、C为已知碎部点。欲测1,2,3,…,i,量取C点至 各待测点的距离 ,即可求出各点的坐标: 其中， 当Li900时,取“+”；接近900时有二义性,应尽量避免。
转速测量方法与转速仪表 转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。本文就转速测量方法以及实施检测的仪表，做一简单的阐述。希望给工作中需要转速测量仪表，和在转速测量或相关领域进行研究开发的人员提供一些参考意见。 关键词：速度线速度角速度转速误差和精度采样时间虚拟仪表主题：考察转速测量方法演变，从演变的轨迹对转速测量有一个比较全面 的了解，着重介绍智能转速表的检测方法和实施检测的仪表。 内容提要： ?转速检测仪表的分类 ?电子式转速表 ?转速测量的方法 ?结束语 ?附录 一、转速检测仪表的分类： 1.离心式转速表，利用离心力与拉力的平衡来指示转速。离心式 转速表是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速表；测量精度一般在1~2级，一般就地安装。一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点。但是结构比较复杂。
2.磁性转速表，利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利用旋 转力与游丝力的平衡来指示转速。磁性转速表，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速表；一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装。磁性转速表，因结构较简单，目前较普遍用于摩托车和汽车 以及其它机械设备。异地安装时软轴易损坏。 3.电动式转速表，由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组 成。小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机，小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致。磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式转速表，异地安装非常方便，抗振性能好，广泛运用于柴油机 和船舶设备。 4.磁电式转速表，磁电传感器加电流表，异地安装非常方便。 5.闪光式转速表，利用视觉暂留的原理。闪光式转速表，除了检测 转速（往复速度）外，还可以观测循环往复运动物体的静像，对了解机械 设备的工作状态，是一必不可少的观测工具。 6.电子式转速表，电子技术的不断进步，使这一类转速表有了突飞 猛进的发展。 上述６种转速表，具有各自独特的结构和原理，既代表着不同时期的技术发展水平，也体现人类认识自然的阶段性发展过程。时代在不断前进，有些东西将会成为历史；但我们留心回顾一下，不禁要惊叹前贤的匠心！ 1.离心式转速表，是机械力学的成果；
中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告 课程名称：大学物理（） 实验名 称： 速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证 实验形式：在线模拟+现场实践 提交形式：提交书面实验报告 学生姓学号： 年级专业层次：高起专 学习中心：________ 提交时间：2016 年6 月15 日
、实验目的 1.了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。 2?了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3.掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。 4?从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。 5?掌握验证物理规律的基本实验方法。 二、实验原理 1速度的测量 一个作直线运动的物体，如果在t~t+ △时间内通过的位移为\x x~x+ Ax ,则该物体在 1F =—— At时间内的平均速度为亠，△越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当 A t T 时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度 ir = lim ------------------——— （1） 实际测量中，计时装置不可能记下 A t T0勺时间来，因而直接用式（1）测量某点的速 度就难以实现。但在一定误差范围内，只要取很小的位移Ax测量对应时间间隔At就可 以用平均速度订近似代替t时刻到达x点的瞬时速度r。本实验中取Ax为定值（约10mm ）, 用光电计时系统测出通过Ax所需的极短时间A,较好地解决了瞬时速度的测量问题。 2.加速度的测量 在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两 个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。 （1）由■- "-+■-测量加速度 在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2,经过 两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为 (2) （2）根据式（2）即可计算出滑块的加速度。 （3）由厂测量加速度 设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为 根据式（3）也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。
重力加速度测量（设计性实验） 【实验目的】 （1）推导单摆测量重力加速度的公式。 （2）掌握单摆测量重力加速度实验的实验设计方法及验证方法。 （3）掌握间接测量量不确定度的计算方法。 （4）了解单摆测量重力加速度实验的主要误差来源。 （5）估算实验仪器的选取参数并设计实验数据记录表格。 【设计实验】 设计性实验的设计过程主要有以下几步： （1）根据待测的物理量确定出实验方法（理论依据），推导出测量的数学公式；判定方法误差给测量结果带来的影响。 （2）根据实验方法及误差设计要求，分析误差来源，确定所需要采用的测量仪器（包括量程、精度等）以及测量环境应达到的要求（如空气、电磁、振动、温度、海拔高度等）。 （3）确定实验步骤、需要测量的物理量、测量的重复次数等。 （4）设计实验数据表格及要计算的物理量。 （5）实验验证。要用测得的实验数据，采用误差理论来验证实验结果。若不符合测量要求，则需对上述步骤中的有关参数做出适当调整并重做实验，据测得的实验数据进行实验验证，以此类推直到符合要求为止。 设计实验的原则应在满足设计要求的前提下，尽可能选用简单、精度低的仪器，并能降低对测量环境的要求，尽量减少实验测量次数。 【设计要求】 （1）测定本地区的重力加速度，要求重力加速度的相对不确度小于0.5%，即 g 0.5u g ≤%。确 定所需仪器的量程和精度，以及测量参数（摆长和摆动次数）。 （2）本实验是测量重力加速度的设计性实验，但考虑到设计难度、仪器资源的限制等因素，规定其实验方法采用单摆法。 （3）可用仪器有：钢卷尺（1 mm/2 m ，表示最小分度值为1 mm ，量程为2 m ，下同）、钢直尺（1 mm/1 m ）、游标卡尺（0.02 mm/20 cm ）、普通直尺（1 mm/20 cm ）、电子秒表（0.01 s ）、单摆实验仪（含摆线、摆球等）。 【实验内容】 （1）原理分析。写出单摆法测量公式完整的推导过程及近似要求，并画出原理图（查阅相关书籍及网站）。 （2）误差分析。分析实验过程中的主要误差来源并估算。 （3）不确定度的推导与计算。 （4）估算实验参数（摆长和摆动次数）。 （5）设计实验步骤与数据表格。 （6）实验与验证。 【设计提示】
转速(速度)在线测量方案选择时，一般要考虑的问题有以下几点： 1. 被测物体运动的速度范围； 超低速(0. 0 2 ?2.00r/min) 低速(0.5 ?500r/min) 中高速(10 ?20000r/min) 高速(500 ?200000r/min) 超高速(500 ?600000r/min) 全速(0.020 ?600000r/min) 2. 被测物体可测点几何形状； 轴(光轴/带孔/带槽/带销/叶片) 传动齿轮/ 皮带 3. 环境条件； 4. 动态/ 静态显示、记录、控制； 5. 误差、响应时间、输出控制形式等；测速范围作为基本参数，直接关系到传感器和测速仪的选择；比如 在20?20000r/min 这一测速范围，函盖了低速、中高速，满足这一测速范围的传感器和测速仪表品种比较多；如果测速范围在 20r/min 以下，甚至0.1r/min 以下, 这就是超低转速测量，不是普通的传感器和测速仪表能满足的了。 被测物体可测点几何状况及环境条件，往往是传感器和测速仪的最大制约因数。比如一 种微型电机，被测旋转轴直径只有1.5mm,只有端面露在外面，且此轴没有负载能力，如何检 测？再如被测物体转速0.10?2.00r/min,要求测量仪表输岀4?20mA的标准信号，测量环境 70摄氏度，这就要求传感器和测速仪不光满足测速范围的要求，还要满足环境温度的要求。
被测物体可测点几何形状，关系到适用传感器的品种，可测点周边空间关系到选用传感器的可安装性，可测点环境关系到传感器和仪表的耐受特性。 动态测量和静态测量，关系到测量方法和瞬时转速的概念，静态测量一般选用的采样时间为0.5秒到2秒，超低转速时，可延时到60秒。动态测量一般采样时间选择小于0.1秒, 高速采样时，要求采样时间不超过0.02秒。 在线测量有时作为观测手段，只需要显示；有时作为反馈，用于系统调节，有时用于报警控制。 误差、响应时间、输出控制形式，直接关系到测量目的能否达到。 以上决定转速（速度）在线测量方案选择的几点要素，主要针对安装以及测速范围与环 境条件等方面的适用性；在线测量方案还要求简单可靠，经济有效。 从传感器的安装方式来分，有接触式和非接触式两种；按传感器的类别来分，就有磁电、磁敏、光电（光纤）、霍尔等方式，下面先从这两个侧面来介绍转速传感器的选用方案：方案1:接触式测量 这种测量方式一般适用中、低转速的测量。传感器与被测旋转轴，通过弹性联轴器连接，传感器安装固定时，要求出轴与被测旋转轴尽量保持同一条直线，在较高速时尤其严格。
转速测量方法 Written by Peter at 2021 in January
转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。同时从测速仪是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式。目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪光测速法和振动测速法。 1．光电码盘测速法 这是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可利用光敏元件来接受光，接收到光的次数就是码盘的编码数。若编码数为l，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则转速 n=(N/t*l)*60。 2．霍尔元件测速法 利用霍尔开关元件测转速的。霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与TTL电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速。 3．离心式测速法 离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过
传动系统带动指针回转。当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。这就是离心式转速表的原理。测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易响准确读数。 4．测速发电机测转速 利用直流发电机的电枢电动势E与发电机的转速成正比的这一关系测量转速。测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出，在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表，即可读出转速。5．闪光测速法 利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上，将闪光灯的灯光照到电机转动部分，当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时，此时脉冲的频率是与电机转动的转速是同步的。若脉冲频率为，则电机的转速为(r/min)。 6．漏磁测速法 利用异步电动机的转子在旋转磁场中由切割磁力线产生感应电流的频率即为电动机转子频率和电动机定子电压频率的差频。此差频乘以60就得到异步电动机的转差，由电网频率也乘以60得到电动机的同步转速，由同步转速减去转差就得到电动机的转速。 7．振动测速法 通过测得壳体的振动位移、速度或者加速度，经过适当的滤波，就可以在一定时间内累计位移或加速度的换向次数，换向次数除以时间即为电机转动频率（频率法），或测定振动波的周期（周期法），从而测得电机转速。
重力加速度测量的十种方法 方法一、用弹簧秤和已知质量的钩码测量 将已知质量为m的钩码挂在弹簧秤下，平衡后，读数为G.利用公式 G=mg得g=G/m. 方法二、用滴水法测重力加速度 调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、用单摆测量（见高中物理学生实验） 方法四、用圆锥摆测量.所用仪器为：米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图1），用秒表测出摆球n转所用的时间t，则摆球角速度ω=2πn/t 摆球作匀速圆周运动的向心力F=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得：
g=4π2n2h/t2. 将所测的n、t、h代入即可求得g值. 方法五、用斜槽测量，所用仪器为：斜槽、米尺、秒表、小钢球. 按图2所示装置好仪器，使小钢球从距斜槽底H处滚下，钢球从水平槽底末端以速度v作平抛运动，落在水平槽末端距其垂足为H′的水平地面上，垂足与落地点的水平距离为S，用秒表测出经H′所用的时间t，用米尺测出S，则钢球作平抛运动的初速度v=S/t.不考虑摩擦，则小球在斜槽上运动时，由机械能守恒定律得：mgH=mv2/2.所以g=v2/2H=S2/2Ht2，将所测代入即可求得g值. 方法六、用打点计时器测量.所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 将仪器按图3装置好，使重锤作自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的P点，用米尺测出OP的距离为h，其中t=0.02 秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g.
目录： 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3．3光电编码器-------------------------------------------------------------6 4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6．仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理图-------------------------------------------------------------------16 8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17 10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18
1 测量物体速度的几种方法 测量物体速度的方法很多，不仅可以利用电磁打点计时器和电流表，还可以利用多种脉冲信号（如：超声波脉冲、电磁脉冲、光电脉冲或激光扫描信号），还可以利用共振、干涉原理、多普勒效应等九种方法进行测量，现介绍如下. 一、 利用电磁打点计时器或电流表测量物体速度 利用电磁打点计时器测量物体速度是中学物理中最常见的，本文不再介绍；但利用电流表测量物体速度很多同学还比较陌生，现举例说明. 例1 如图1所示，变阻器滑动触头P 与某一运动的物体相连，当P 匀速滑动时，电流表就有一定的示数，从电流表的读数可得运动物体的速度.已知电源电动势E=6V ，内阻r=10Ω,AB 为粗细均匀的电阻丝，阻值R=50Ω，长度L=50cm,电容器的电容C=100F μ.某次测量电流表的读数为I=0.10mA ，方向由M 流向N ，求运动物体的速度v . [解析]由分压原理得AB 两端电压AB U = R E R r +，① AB 单位长度上的电压为AB U U L ?=，② 设t ?（极短）时间内，电容器两极板间电压的变化量和 极板上电荷的变化量分别为Uc ?和Q ?，则 Uc U v t ?=????，③ 图1 Q ?=Uc ?·C ，④ 电容器上充（放）电的电流为Q I t ?= ?.⑤ 解①-⑤得()R r L v I REC +=.⑥ 将已知数据代入⑥得v =0.1m/s.根据题目“电流表中的电流方向由M 流向N ”可知，该过程为电容器充电过程，则物体由B 向A 运动. 从⑥可以看出()R r L v I REC +=∝I ，可见电流表的读数与物体的速度成正比.当电流表用做测速时，它的刻度是均匀的. 二、 利用多种脉冲信号（如：超声波脉冲、电磁脉冲或光电脉冲信号）测量物体速度 1、利用超声波脉冲信号测量物体速度（例如：超声波测速仪、水声测位仪（声纳）） 例2(2001·上海) 如图2所示，图A 是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号.根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度.图B 中P 1、P 2是测速仪发出的超声波信号，n 1、n 2分别是P 1、P 2由汽车反射回来的信号.设测速仪匀速扫描，P 1、P 2之间的时间间隔Δt 0=1.0s,超声波在空气中传播速度是v 0=340m/s,若汽车是匀速行驶的，则根据图B 可知，汽车在接收到P 1、P 2两个信号之间的时间内前进的距离是__m,汽车的速度是__m/s.