基於紅外線光電開關的測速系統設計與應用

　　3 誤差分析

 

　　隨著科學技術的日益發展和人們認識水平的不斷提高，雖然可以將誤差控制的越來越小，但終究不能完全消除它。誤差的分析與評定在測試領域中尤為關鍵，是檢驗測試系統性能的重要指標。

　　3.1 誤差來源

　　本系統的誤差來源主要是在測量傳感器之間距離s 時來自量具的儀器誤差Δs 和來自於計數器計時的誤差。計數誤差表現為當時間計數器清零並開始計數時， 由於計數器由時標脈衝下降沿觸發，所以可能出現計數器剛開始計數時時標脈衝就出現一個下降沿，而停止計數正好在一個下降沿結束後，這樣所計數的時間比實際時間多一個脈衝；同樣，如果開始計數是在下降沿剛出現後，而結束計數是在下降沿出現前， 會導致計數時間比實際時間少一個脈衝，造成計數誤差。計數誤差範圍為（-1/f，1/f），在此區間上平均分布。

　　此外， 環境因素所帶來的影響是多方面的，由於溫度、氣壓和水汽的影響，空氣折射率分布不均勻，折射率的梯度造成的光線發生彎曲；由於高速運動還會帶來空氣的氣流變化和氣體震動而引起對光路的幹擾。加之一些不確定因素，主要反映在電信號上，環境影響帶入了電平的抖動以及一些高頻和低頻的幹擾。但這些幹擾一般在電路中可以去掉或忽略。

　　3.2 誤差綜合評定

　　根據以上誤差的來源分析和誤差理論， 對式（2）求導得到誤差：

　　

　　為依據國標QBT2443－1999 的規定計算。規定一級鋼捲尺自零點端起到任意線紋的示值誤差限為：Δ＝（0.1＋0.1L）mm，L 單位為m。若測試距離取0.3m，Δs 取0.03mm，待測運動物體速度為300m/s，那麼將數據代入式（4）得到系統測速的最大相對誤差為：

　　

　　4 實驗數據及結構分析

 

　　本測速系統已成功應用在雙級空氣炮彈射物體測速實驗中，實驗數據如表1 所示。

 

　　表1 測速數據表

　　

 

　　5 結語

 

　　建立了基於紅外光電開關的測速系統，分析了測試系統的誤差，現場試驗結果證明該方法能夠將高速直線運動物體的測試誤差保證在0.0015％以內。本系統僅用一套對射型光電發射/接收裝置，預想進一步提高整個測速系統的測速精度，可採取在測速軌道上多安置幾組光電開關來一同測速，最後將各組測試數值取均值得出最終數據。