一种速度测定仪器的研制

　　1 测定仪概述

　　电器行业中的冰箱、洗衣机要做一些测试, 例如老化、抗疲劳、抗碰撞等试验, 这些试验在国家标准中都有明确的指标规定。碰撞试验中, 被测产品被固定于一快速行进的载体上, 当运行到规定的速度范围时, 载体与碰撞体相撞, 此后再将被测产品通电使用, 检测相撞冲击对产品正常使用是否有所影响。碰撞试验过程见图1, 将装有滚轮的载体( 装有被测产品) 置于可调倾角的斜面上,由初始位置滚动一段位移后与碰撞体相撞, 倾角不同, 最终达到的速度也不相同, 这些速度应与规定的速度范围相对应。要达到规定的速度范围通常是通过调整斜面的倾角 (可方便调整) 实现, 而其速度可由下式算得。因 s=0.5 at²; a=gsinθ; 故 ;式中: s 为位移; a 为加速度;g 为重力加速度; θ为倾角。这样算得的速度忽略了摩擦力及其它阻力的影响; 在位移既定时, 速度只与倾角有关。实际上, 摩擦力对速度影响是很大的, 用上式算出的速度误差也很大。怎样精确得到速度值, 并与规定的速度范围相对应, 厂方设想了许多方法, 但是这些方法不是造价高, 就是误差大, 不够理想。因此亟待研究一种实现所述碰撞速度进行现场实时测量的仪器。

　　2 方案设计[1]

　　根据现有速度测定方法的不足, 采用微分原理, 设计出了一种斜面碰撞试验中能准确获得碰撞载体速度的仪器, 并且操作方便、控制易行, 还能实时打印。

　　2.1 结构设计

　　图2 示出测试仪器的组成。在碰撞试验斜面的特定位置, 固定一对红外发光管和接收管, 一直处于感应状态, 而在被测产品载体的相应位置装上一个宽度 L的窄条( 可阻挡红外线透过); 调整红外发光管和接收管位置调整结构、窄条调整装置, 使得当载体由初始位置运行至距碰撞体 L 远时, 窄条阻挡红外发光管, 数据采集处理模块采集信号, 仪器开始计时; 而当载体即将与碰撞体接触时, 窄条脱离红外发光管发射的光束,红外发光管和接收管又处于感应状态, 数据采集处理模块再次采集信号, 计时结束。根据信号的不同, 系统启动软件模型进行处理, 也就是说载体与碰撞体接触时, 运行 L 位移所用的时间 T 可以获得。根据公式: V=L/T。其中, V 为平均速度。这段距离的平均速度也可求得。如果窄条足够窄, 该平均速度理论上等于载体与碰撞体接触时的速度。系统能将速度及日期、时间传送给显示装置和打印装置, 就可进行实时显示、打印。

　　2.2 电路设计[2]

　　红外接收管的输出是一个脉冲信号, 经光隔去干扰后, 由驱动电路将信号提供给 8031 单片机的中断口, 中断响应后, CPU 执行中断服务程序, 用已建立的数学模型计算出载体与碰撞体接触时的瞬时速度, 然后通过串行接口将数据传送给显示装置, 实时显示碰撞瞬间的时间与速度, 再通过并行接口将数据传送给打印装置, 实时打印碰撞瞬间的时间与速度, 其原理框图见图 3。