Измерение параметров движения и механических колебаний

Перемещение объекта, его скорость и ускорение являются взаимосвязанными физическими величинами: скорость это первая производная от перемещения, ускорение - его вторая производная. Однако взять вторую производную сильно зашумленного сигнала практически невозможно, поскольку это приводит к возникновению очень больших погрешностей даже при использовании очень сложных схем обработки. Поэтому скорость и ускорение объектов нельзя определять по данным, полученным при помощи датчиков перемещения.

Как правило, в низкочастотной области довольно хорошую точность измерений обеспечивают датчики положения и перемещения объектов. В зоне средних частот уже предпочтительнее использовать датчик скорости. На высоких частотах, когда перемещения соизмеримы с уровнем шумов, применяются датчики ускорения. Скорость движения может быть линейной или угловой. Измерение скорости зависит от размеров объекта.

В настоящее время разработана глобальная система навигации (GPS), позволяющая определять скорость и положение крупных объектов, таких как наземные и морские транспортные средства, при помощи радиосигналов от большого числа спутников. Определение скорости и положения таких объектов вычисляется по времени распространения сигналов, полученных разными спутниками.

Для малых объектов и расстояний спутниковые системы пока не подходят. Здесь, как правило, применяется метод сравнения с эталонными величинами. Принцип действия таких датчиков основан на измерении перемещений объекта относительно некоторого эталонного объекта, который часто входит в состав самого измерительного прибора.

Иногда таких элементов в составе датчиков нет, так как они сами преобразуют свое движение в электрические сигналы. Например, в соответствии с законом Фарадея, магнит, движущийся в катушке индуктивности, приводит к возникновению в ней ЭДС, пропорциональной скорости движения. В их состав входит постоянный магнит и катушка индуктивности. Выходным сигналом датчика является индуцируемая ЭДС. Так как при этом измеряемые перемещения невелики, то такие датчики используют, например, для измерения скорости вибрации.

Рис. 7.1 Индукционный датчик скорости генераторного типа.

Для измерения параметров движения (скорости, ускорения) используют:

• механические тахометры (простота конструкции, но большое потребление энергии от объекта измерения);
• тахогенераторы (с непосредственным контактом с объектом и бесконтактные, индукционные магнитные, фотоэлектрические);
• стробоскопические устройства.