利用高时钟频率的FPGA设计高速运动物体速度系统
作者:admin | 发布时间:2019-05-25 11:24 | 浏览次数:

高速运动物体的物理状态检测分析一直是重要的研究内容,特别是对于高速运动物体的瞬时运动速度的检测。这是在瞬态过程和效应物理学研究中开发的领域。它可能在极端条件下产生新的物理效应,并且在高速碰撞中具有直接的应用背景。它还提供更高的检测和控制技术。挑战。

1测量方法

对于高速运动物体,常用的速度测量方法可根据测量原理分为三类,即瞬时速度测量方法,平均速度测量方法和多普勒原理测量方法。瞬时速度测量方法采用弹道摆或微波倾角法转换物体的瞬时飞行速度,但测试误差大,目前难以达到高精度。多普勒速度测量方法是使用波传播中的多普勒效应来测量速度的方法,并且也是用于测量速度的相对有效的方法。平均速度测量方法是在测量目标的方向上放置两个光幕;通过测量目标测量两个光幕之间的距离S和两个光幕之间的时间t;然后使用平均速度公式计算测量值v=S/t目标的速度如图1所示。

采用高时钟频率的FPGA实现高速运动物体测速系统的设计

然而,在使用双光幕的平均速度测量方法中,由于每个光幕及其后处理电路在操作中的处理速度和延迟不能完全相同,这导致不可避免的误差。这些误差会对需要高精度的测量结果产生额外的负面影响。另外,两个光幕发出的光要求严格平行,否则测量结果也会产生误差,在实际测量中也难以实现严格的平行度。在此基础上,提出了一种光幕速度测量系统。当避免两个信号通过光幕及其后面的电路时,由于处理时间不一致而产生误差,并且还避免了由于两个光束的非平行性引起的误差。

2测量系统原理

该系统采用单光头测量,系统整体结构如图2所示。光源位于发射器出口上方,光电传感器固定在其下方,使光电传感器能够准确接收发出的光束由光源。在测量开始之后,当目标的前端阻挡来自光源的光时,光敏器件输出低电压信号,因为它没有接收到光;当目标通过时,光敏器件再次接收来自光源的光,输出返回高压信号。 。被测物体的长度L可以通过矩阵键盘预先输入测量速度系统,计数单元可以根据电信号的变化触发和停止,并可以记录目标通过时间以下的时间t光源,当目标移动方向垂直于光束时,在此时间内近似取L计算目标的平均速度v=L/t。此时,目标不受运动方向上的力的影响,因此速度变化小,并且该速度可以被视为目标的出口速度。

采用高时钟频率的FPGA实现高速运动物体测速系统的设计

从上述过程可以看出,在确保整个系统的高精度的同时,大大降低了对光电转换装置性能的依赖性。同时,由于两个信号都通过相同的处理电路,因此路径上信号的延迟几乎相同,这提高了测量精度。因此,该方法具有测试精度高,灵敏度调节灵敏,成本低的特点。

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