影響相關測速精度的因素及改進措施

陽湘林

（益陽市農業機械研究所，湖南益陽　413002）

?

影響相關測速精度的因素及改進措施

陽湘林

（益陽市農業機械研究所，湖南益陽413002）

摘要：相關測速是利用光、聲、磁、溫等敏感場而制成，由傳感器、信號處理和顯示輸出等環節構成的一種測量系統，具有非接觸、抗干擾性強、實時性好和精度高等特點。文章介紹相關測速的基本原理，分析影響相關測速精度的因素，探討傳感器安裝位置、相關運算實時簡化誤差和離散采樣誤差對相關測速精度的影響，并提出相應的改進措施。

關鍵詞：相關測速；渡越時間；精度；誤差；措施

相關測速是利用光、聲、磁、溫等敏感場而制成，由傳感器、信號處理和顯示輸出等環節構成的一種測量系統，具有非接觸、抗干擾性強、實時性好和精度高等特點。廣泛應用于固體、液體、氣體的在線速度測量，特別適應于高溫、有毒、高輻射等惡劣環境或不便接觸測量的場合，如熱軋材速度、坡面徑流流速和兩相流流速的在線測量等。隨著現代工業的飛速發展，對測量精度提出了更高的要求。相關測速系統的精度受被測對象、測量環境和測量系統軟硬件等具體因素的影響。本文基于相關測速的基本原理和一般共性著重闡述傳感器安裝位置、相關運算實時簡化誤差和離散采樣誤差對測速精度的影響，并提出相應的改進措施。

1　相關測速的基本原理

相關測速的基本原理：對運動物體的相同部位，在相隔很短的時間間隔內進行兩次信號采集，并對兩次采集的信號進行互相關運算，找出相關函數的峰值，從而得出兩路信號的間隔時間，進而計算出運動物體的速度。

如圖1所示，在物體運動方向上安裝兩個相距為L的相同傳感器X和Y，通過這兩個傳感器獲得運動物體的表面特征信號x（t）y（t），這兩個信號的波形在理論上完全相同，只存在一個時間延時，這個時間延時是運動物體表面上同一點經過上游傳感器X與下游傳感器Y的時刻之差，稱為渡越時間τ0。

當τ=τ0時，互相關函數：

取得最大值，只要求得互相關函數Rxy（τ）的極值點就相當于求出了渡越時間τ0，進而求得被測物體的運動速度：

圖1　相關測速的基本原理示意圖

2　影響測速精度的因素及改進措施

（1）傳感器的安裝位置對渡越時間τ0精度的影響及改進措施。從圖1可知傳感器安裝位置由兩傳感器的間距L和傳感器至運動物體的距離H決定，所以L和H的取值都會影響渡越時間τ0精度：①L過小，渡越時間τ0的相對誤差就會增大，但L過大，兩表面特征信號的相關度和測速系統的空間分辨率就會降低，所以在選擇L的值時必須折中二者的矛盾做出適當的選擇，這是確定L值的定性指導原則。如果要定量地確定L值，可以先在定性指導原則下確定若干個L值，然后在進行測速試驗，最后分析試驗結果，從中找出最優的L值；②H值在理論上不會影響渡越時間τ0的精度，但在實際測量中當其它條件不變而取不同的H值，測速誤差不一樣。可參考確定L值的方法找出最優的H值。

（3）離散采樣誤差對渡越時間τ0精度的影響及改進措施。在實際的數字化處理中，通常使用離散形式的互相關函數：

3　結語

相關測速涉及信號拾取、信號調理、數據處理及顯示輸出等多項技術，其精度的提高是一個復雜的系統工程。本文僅從相關測速系統基本原理和一般共性的角度探討了傳感器安裝位置、相關運算實時簡化誤差和離散采樣誤差對測速精度的影響，并提出相應的改進措施。假定，結合某一具體被測對象及測速環境對測速系統的精度進行分析，將更有針對性。

參考文獻

［1］宋成艷，李揚，蔡肯.基于FPGA的激光雙焦點互相關測速系統［J］.黑龍江科技學院報，2006，16（5）：303-306.

［2］蔡少川，施文康，畢浩然.互相關測速虛擬仿真的實驗方法［J］.實驗室研究與探索，2006，25（10）：1197-1199.

［3］劉鵬，李小昱，王為，等.基于相關法的坡面徑流流速測量系統［J］. 2008，24（3）：48-52.

［4］陽湘林.基于DSP的激光互相關測速系統研究［D］.成都：西華大學，2013.

［5］吳偉亮，陳漢平，吳志鋒.提高相關測速中亞時間采樣間隔精度的數學處理方法［J］．計算機仿真，2002，19（2）：93-96.

The Factors and Improvement Measures for Accuracy of Correlation Velocity Measurement

YANG Xiang-lin

（Yiyang Agricultural Machinery Research Institute，Yiyang，Hunan 413002，China）

Abstract:Correlation velocity measurement is built with sensitive field such as light，sound and so on.It is a measurement system that includes sensor，signal and display output，and has characteristics such as high accuracy and instant.The basic principle of the correlation velocity measurement is introduced，the influence factors for accuracy of the correlation velocity measurement are analyzed，the installation position of the sensor，the real-time simplification error and discrete sampling error are discussed，and the corresponding improvement measures are provided.

Key words：correlation velocity measurement；transition time；accuracy；error；measures

作者簡介：陽湘林（1981-)，男，湖南郴州人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：機械工程測試技術和汽車拖拉機。

收稿日期：2016-01-11

中圖分類號：TG801

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）02-0015-02