活。同时，结合计算机技术进行数据处理可以达到较高的精度及较好的稳定性。作为一个实验，相关测速也会有很好的教学效果。在实验中将采集到的信号及它们的相关的结果绘制成曲线，直观地展示给学生,并可对不同参数下测量的结果进行比较，以深化对相关概念的理解。其次该实验系统涉及信号的传感、采集、运算等环节，向学生展示了一套利用计算机进行测量的完整的测试装置，并对学生将来应用测试技术理论设计实际测试系统有所帮助。
图9.1 相关测速原理示意图
用相关技术测量物体运动速度的原理如图9.1所示。沿物体运动方向前后放置两传感器x和y，传感器所取信号为传感头到物体表面的距离信号x(t)和y(t)，设物体经过两传感器的时间间隔为τ0，如果没有干扰噪声混入，可以认
xL 相关 yv x(t) t y(t) τ0 t Rxy(t) 求速度 τ0 t (9－1)
为信号x(t)和y(t)波形是严格相似的，即：
y(t)?c1x(t??0)?C2
式中C1(>0)C2为常数，分别反映两传感器传递函数及安装位置的差别。设记录样本长度为T，由互相关函数的定义：
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T (9－2) 1 Rxy(?)?()?x(t)y(t??)dtT0
将(9－1)式代入(9－2)式有: Rxy(?)?
上式中第一项为x(t) 的自相关函数，第二项对确定的样本为常值，由自相关的性质可知，当τ=τ0时，第一项有最大值，亦即Rxy(τ) 值最大。所以，通过计
算Rxy(τ)并找出最大
值点τ0后，速度V可以表示如下：
V=L/τ0 (9－4) 式中L为两传感器间距离，这就是相关测速的基本原理。将(9－2)式离散化，就可以在计算机上实现相关测速的数据处理。
实验系统的总体框图如下所示：
V L x(t) y(t) C1T?T0x(t)x(t??0??)dt?C2T?T0x(t)dt(9－3)
首先采用一机械装置产生一个速度为V的直线运动，然后用相距为L的两传感器获取运动物体经过时，在传感器上产生的模拟信号x(t) 和
数据采集 y(t)，将此二路信号送入数据采集系统作处理??采样保持和量化，转换成数字信号，最后将数字信号送入计算机编制的软件程序，找出峰值、计算出物体运动速度。
测试系统的机械装置??
计算机 - 27 -
气浮导轨实验系统及软件流
程分别如图9.３、图9.４所示，图9.５为测量软件的主界面。
图9.2 实验系统总体框图
图9.3 测试系统机械装置
图9.4 测量软件流程
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进气口 金属膜片 传感器固定孔 气孔 弹性挡板 滑块 开始 参数设定 数据采集 相关运算 绘制曲线 计算速度 结束
三、实验装置
1．计算机一台； 2．数据采集系统一套； 3．气浮导轨机械系统一条； 4．涡流传感器两个。
四、实验步骤及内容
1．如图9.1 所示，将两传感器安置于传感器架上。
2． 进入相关测速软件菜单，选择采样频率fs及每路信号的采样点数N，使系统处于等待采集状态。
3．以 l m/s 左右的速度轻推导轨滑块，当滑块欲掠过Y传感器头时系统开始采集数
据，称Y路为触发路。
4．观察信号x（k）、y（k）以及它们的相关函数Rxy（k）的波形，并作数据记录。
5．改变两传感器间的距离 L、采样频率fs及采样点数 N，观察Rxy（k）波形形状的变化，由此判断改变以上这些参数对测量结果的影响。
6． 将两传感器移到直流电机边沿，利用电机转速的衡定性对相关测速的重复精度进行标定，即在每种转速下重复测量其线速度，从而得出其速度测量的不确定量。 五、思考题
1． 试讨论如果将两传感器的放置位置相互交换，对测量结果有何影响？两传感器安装时应注意些什么？
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2． 图9．l中的相关信号是否可以取物体的厚度信号？请再列举两种另外的相关信号。
3． 试分析改变L、fs及N对测量结果有何影响？
图9.5 测量软件主界面
综合及提高类实验二 基于三角法和条纹空间编码的
三维形貌测量
一、实验目的：
1．通过实验了解并熟悉基于三角法的三维形貌测量法的基本原理和操作；
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