影响相关测速精度的因素及改进措施

阳湘林

（益阳市农业机械研究所，湖南益阳　413002）



影响相关测速精度的因素及改进措施

阳湘林

（益阳市农业机械研究所，湖南益阳413002）

摘要：相关测速是利用光、声、磁、温等敏感场而制成，由传感器、信号处理和显示输出等环节构成的一种测量系统，具有非接触、抗干扰性强、实时性好和精度高等特点。文章介绍相关测速的基本原理，分析影响相关测速精度的因素，探讨传感器安装位置、相关运算实时简化误差和离散采样误差对相关测速精度的影响，并提出相应的改进措施。

关键词：相关测速；渡越时间；精度；误差；措施

相关测速是利用光、声、磁、温等敏感场而制成，由传感器、信号处理和显示输出等环节构成的一种测量系统，具有非接触、抗干扰性强、实时性好和精度高等特点。广泛应用于固体、液体、气体的在线速度测量，特别适应于高温、有毒、高辐射等恶劣环境或不便接触测量的场合，如热轧材速度、坡面径流流速和两相流流速的在线测量等。随着现代工业的飞速发展，对测量精度提出了更高的要求。相关测速系统的精度受被测对象、测量环境和测量系统软硬件等具体因素的影响。本文基于相关测速的基本原理和一般共性着重阐述传感器安装位置、相关运算实时简化误差和离散采样误差对测速精度的影响，并提出相应的改进措施。

1　相关测速的基本原理

相关测速的基本原理：对运动物体的相同部位，在相隔很短的时间间隔内进行两次信号采集，并对两次采集的信号进行互相关运算，找出相关函数的峰值，从而得出两路信号的间隔时间，进而计算出运动物体的速度。

如图1所示，在物体运动方向上安装两个相距为L的相同传感器X和Y，通过这两个传感器获得运动物体的表面特征信号x（t）y（t），这两个信号的波形在理论上完全相同，只存在一个时间延时，这个时间延时是运动物体表面上同一点经过上游传感器X与下游传感器Y的时刻之差，称为渡越时间τ0。

当τ=τ0时，互相关函数：

取得最大值，只要求得互相关函数Rxy（τ）的极值点就相当于求出了渡越时间τ0，进而求得被测物体的运动速度：

图1　相关测速的基本原理示意图

2　影响测速精度的因素及改进措施

（1）传感器的安装位置对渡越时间τ0精度的影响及改进措施。从图1可知传感器安装位置由两传感器的间距L和传感器至运动物体的距离H决定，所以L和H的取值都会影响渡越时间τ0精度：①L过小，渡越时间τ0的相对误差就会增大，但L过大，两表面特征信号的相关度和测速系统的空间分辨率就会降低，所以在选择L的值时必须折中二者的矛盾做出适当的选择，这是确定L值的定性指导原则。如果要定量地确定L值，可以先在定性指导原则下确定若干个L值，然后在进行测速试验，最后分析试验结果，从中找出最优的L值；②H值在理论上不会影响渡越时间τ0的精度，但在实际测量中当其它条件不变而取不同的H值，测速误差不一样。可参考确定L值的方法找出最优的H值。

（3）离散采样误差对渡越时间τ0精度的影响及改进措施。在实际的数字化处理中，通常使用离散形式的互相关函数：

3　结语

相关测速涉及信号拾取、信号调理、数据处理及显示输出等多项技术，其精度的提高是一个复杂的系统工程。本文仅从相关测速系统基本原理和一般共性的角度探讨了传感器安装位置、相关运算实时简化误差和离散采样误差对测速精度的影响，并提出相应的改进措施。假定，结合某一具体被测对象及测速环境对测速系统的精度进行分析，将更有针对性。

参考文献

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［5］吴伟亮，陈汉平，吴志锋.提高相关测速中亚时间采样间隔精度的数学处理方法［J］．计算机仿真，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

作者简介：阳湘林（1981-)，男，湖南郴州人，硕士研究生，工程师，主要研究方向：机械工程测试技术和汽车拖拉机。

收稿日期：2016-01-11

中图分类号：TG801

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）02-0015-02