两点式速度测量仪校准的方法研究

　　1 引言

　　两点式速度测量仪是目前测量线速度的最常用仪器，广泛应用于生产流水线速度监测、斜面冲击试验速度测量、弹出瞬时速度测量等军工及民用生产、科研领域。

　　两点式速度测量仪每个感光头都有发射和接受功能，当运动物体从感光头通过时，感光头会接收到物体反射的光。测量运动物体通过距离(d)已知的两个感光头的时间(t)，从而测出物体运动的速度。显然，这样测量出的速度是运动物体通过两个感光头的平均速度(如图1 所示)，而不是运动物体真正的速度。只有物体作匀速运动或两个感光头距离趋近于零，两点式速度测量仪测到的速度才是物体真正的运行速度。

　　2 已有校准方法的弊端

　　到目前为止，我国还没有出台针对两点式速度测量仪的检定规程、校准方法或规范。两点式速度测量仪校准的关键是获得参考速度(即标准器测量的速度或理论速度)，目前普遍采用的校准方法是自由落体法和斜面气垫导轨法。

　　2.1 自由落体法

　　利用自由落体获得参考速度(理论值)。通过从已知高度(h)的地方自由释放运动物体(如图1 所示)，用两点式速度测量仪测量运动物体通过两个感光头时的速度(vi)。参考速度vr 由公式计算得出，该参考速度是理论值。

　　很明显，这种校准方法有两个问题没有解决：(1)空气阻力。参考速度的计算公式是忽略空气阻力的情况下才成立的，在实际校准过程中空气阻力是无法避免的，而且空气阻力对速度的影响量也无法准确测量，因此计算出的参考速度和物体实际的运行速度有误差;(2)高度(h)的测量。目前一般的做法是量取物体运动的起始点到感光头1、2 之间的中点的距离作为h 值。但由于自由跌落物体做匀加速运动，它在感光头1、2 之间的平均速度并不等于物体在感光头中点的速度(除非感光头1、2距离趋近于0)，因此计算出的参考速度和实际速度也是不一致的，感光头1、2 距离越大，两者相差也越大。总的来说，这种校准方法由于存在原理上的缺陷，测量不确定度很难评定，而且实际校准过程中重复性极差(超过5%)。

　　2.2 斜面气垫导轨法

　　利用滑块在斜面气垫导轨滑动摩擦阻力小的特点，产生近似的匀加速直线运动，通过(l,a 分别为滑块滑过的斜面长度和斜面角度)计算参考速度理论值。和自由跌落法相比，该方法重复性相对较好，但除了上面提出的两个问题没有解决外，该方法又导致导轨摩擦阻力的影响无法评估，因此也会产生较大误差。

　　3 新校准方法探索

　　以上两种方法产生较大误差的关键在于参考速度不准确。而两点式速度测量仪本质上是测量物体通过两个感光头的时间，如果能产生并准确测量这个时间，就可以大大降低测量误差。本人以此为突破口，绕开了参考转速，探索出机、电两种方法，有效地解决了两点式速度测量仪的校准问题。