[發明專利]雙脈沖矢量測速系統和矢量速度計算方法

在審

• 申請號: 201711278884.7
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107765027A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 白茹玉;白蟬恒
• 申請（專利權）人: 白茹玉;白蟬恒
• 主分類號: G01P3/68
• 分類號: G01P3/68;G01P3/66;G01P13/00;G01P15/093;G01P15/105;G09B23/08
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技術領域

本發明涉及速度的矢量測量領域，具體而言，涉及一種雙脈沖矢量測速系統和速度的矢量計算方法。

背景技術

在物理實驗室或者物理教學中，以及一些運動規律探索中，經常會對物體的運動速度或者加速度進行測量，以便通過這些物理量，了解和發現物體運動規律，驗證一些能量變換定律。在教學活動中，施教者通過物理實驗測得矢量速度或者矢量加速度，以數據或圖形的方式呈現能給受教者，取得更加直觀和真實的觀感，方便受教者對運動規律的理解，同時亦可激發參與者進一步探索的欲望。然而現有的速度測量實驗裝置（紙帶、小車、火花發生器、鉤碼等）智能化低，常局限于實驗準備、數據的收集和計算等基礎工作中，速度的測量也只能按標量進行，不能反映速度的矢量特征，測量工作效率很低。對于運動規律的發現和對比這些真正需要的，能給人以啟迪的工作做的很少。特別是對往返性運動規律的探索（如單擺）只局限在周期的觀察中，不能用矢量速度的變化數據、用實時的圖形來顯示速度的變化過程，不能給人以一目了然的感覺。

對于與速度有關的物理量，如動量、摩擦力、碰撞等多是在理想狀態下計算得來，較難通過實驗獲取相關數據。此外，借助智能工具，摒棄低端的人工勞動，建立大數據的規律發現已是新時代的需求。而將物體運動速度數據化、矢量化、實時圖形化恰好能滿足這一需求。因此，改變傳統測速方式，使用智能化工具測量速度和加速度的矢量屬性，在多次測量的大數據下進行圖形顯示，在對比中理解運動規律、驗證和發現能量變化將是未來學習的需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種雙脈沖矢量測速系統和速度的矢量計算方法，配合物體運動方向、運動物體對運動面正壓力、趨動力的測量實現了與矢量速度、矢量加速度有關物理量的探索，并對實時測量的數據進行圖形化顯示以改善上述的問題，滿足未來學習需求。

為了達到上述目的，本發明實施例首先在硬件上采用如下所述的技術方案，目的是產生兩個時序不同但擁有相同電平持續期特征屬性的雙脈沖信號。

一種雙脈沖矢量測速系統，其特征在于測量運動物體的矢量速度。所述雙脈沖矢量測速系統由光波發射裝置、雙脈沖檢測生成單元和微處理器構成；所述雙脈沖檢測生成單元由雙脈沖信號檢測單元和電壓雙比較雙脈沖生成器組成。至少一個所述雙脈沖檢測生成單元放置于物體運動路徑上，所述雙路信號檢測的兩個輸出與所述電壓雙比較雙脈沖生成器兩個同相輸入端電連接，兩個電壓取樣輸出端與所述電壓雙比較雙脈沖生成器兩個反相輸入端電連接，所述電壓雙比較雙脈沖生成器的兩個輸出與所述微處理器的兩個外部中斷電連接。其中所述光波發射裝置包括光波發射模塊、第一電阻和第一電源，所述光波發射模塊的一端連接所述第一電源，所述光波發射模塊的另一端通過所述第一電阻接地，所述光波發射單元發射特定波長的光波。

所述光波檢測單元包括光波接收模塊，第二電阻、第一電容和第二電源，所述光波接收模塊的一端連接所述第二電源，所述光波接收模塊的另一端通過第一電容連接所述第二電源，所述光波接收模塊的另一端同時連接所述電壓雙比較雙脈沖的一個同相輸入端；所述光波接收模塊的另一端同時通過所述第二電阻接地。

另一路所述光波檢測單元包括光波接收模塊，第六電阻、第二電容和第二電源，所述光波接收模塊的一端連接所述第二電源，所述光波接收模塊的另一端通過第二電容連接所述第二電源，所述光波接收模塊的另一端同時連接所述電壓雙比較雙脈沖的一個同相輸入端；所述光波接收模塊的另一端同時通過所述第六電阻接地。

所述雙路信號檢測單元是在運動軌道非重合位置上放置的兩個相同的光敏信號檢測電路，通過對兩個檢測元件位置的間距和光源（或遮擋物）大小的控制，使其能同時出現無光和有光的檢測狀態，這個合適的間距就是運動物體經過雙檢測檢測的距離。所述信號檢測方式有遮光檢測法、照射檢測法和反射檢測法三種。

所述遮光檢測法為所述光波檢測單元不間斷地接收所述光波發射單元發射的光波，利用運動物體遮擋所述光波發射單元發射的光波，在所述光波檢測單元輸出變化的電壓信號。

所述照射檢測法為所述光波發射單元附著于運動物體上，隨物體而運動，所述光波檢測單元平時接收不到所述光波發射單元發射的光波，當物體經過所述光波檢測單元時，因接收到所述光波發射單元發射的光波，在所述光波檢測單元輸出變化的電壓信號。