旋转速度（共4篇）
旋转速度 篇1
据国外媒体报道, 我们现在知道黑洞来源于恒星的演变, 而关于黑洞的假说最早可追溯到牛顿时代, 牛顿的经典力学认为引力作用是相互的, 宇宙中任何一个物体都会受到力的作用, 同时也提出了一种假设, 认为光也与其他物体一样, 也是受到制约的, 此后就有科学家认为宇宙中可能存在一种看不见的天体, 这位科学家就是拉普拉斯, 他认为宇宙中最大的发光天体很可能无法用肉眼看见, 这就是我们现在所了解的黑洞, 即便是光都无法逃脱其引力的控制。
我们所认知的黑洞是具有强大引力的天体, 但黑洞还有许多不为人知的一面, 比如其旋转速率。在黑洞形成之前, 前身星来自星云演化, 而星云中所有的粒子都具有动量, 当恒星形成后并进入演化末期时仍然具有一定的角动量, 如果恒星演化成黑洞, 通过角动量的守恒可以得知黑洞的旋转速度将变得更快, 如果黑洞可以被“压缩”成一个无穷小的空间, 那么其旋转的速率可能增加至无穷, 但事实上黑洞无法达到无限的速度上限。
来自加州大学洛杉矶分校的天文学教授马克·莫里斯博士认为黑洞的旋转会被“限速”。天文学家已经对超大质量黑洞的旋转进行探测, 并与理论上的极限速度进行对比, 比如在NGC 1365内的黑洞正在以84%光速进行旋转, 这已经达到了黑洞旋转速度上限。
此外, 黑洞是如何形成的也是科学家研究的焦点, 我们现在知道黑洞来自恒星的演化, 当一颗恒星质量足够大, 在其演化末期将无法抗拒自身的引力而发生坍缩, 并形成黑洞, 但是并非所有的恒星都可以形成黑洞, 只有一定质量的恒星才能演变为黑洞, 我们的太阳在生命末期将演变成白矮星。
黑洞中还有个神秘的“边界”被称为事件视界, 科学家认为在事件视界与另一个边界之间还存在一个能量层, 黑洞从外界获得的物质和能量存储在这个非常有趣的区域内, 而事件视界外面则是我们能看到黑洞的唯一位置, 黑洞吸积大量的天体物质时会产生盘状的物质聚集区, 大量的物质会积累的吸积区域上, 于是就形成了我们可以观测到的事件视界。
(中国科技网)
摘要：黑洞是具有强大引力的天体, 但黑洞还有许多不为人知的一面
科学家测出大质量黑洞旋转速度 篇2
这一黑洞的质量约为太阳的200万倍, 位于天炉座螺旋星系“NGC 1365”内, 距地球约5600万光年。研究人员通过分析望远镜观测到的高能X射线中由铁原子发出的射线, 追踪了黑洞周围吸积盘的移动。吸积盘是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构。
研究人员发现, 来自铁原子的高能射线强烈扭曲, 这意味着吸积盘的内缘距黑洞很近, 这也意味着黑洞在快速移动, 因为根据广义相对论, 黑洞移动得越快, 吸积盘与之距离越近。研究人员认为, 这个黑洞的旋转速度达到广义相对论容许旋转速度的84%。他们还排除了导致望远镜观测到强烈扭曲的X射线的其他可能。
旋转速度 篇3
1 装置基本结构及测量原理
1.1 电荷交换复合光谱诊断系统基本结构
电荷交换复合光谱诊断系统包括:光学采集系统,传输光纤,光栅光谱仪,ICCD,计算机控制和处理系统。当高温等离子体发生聚变反应时,从等离子体中产生的光经过光纤传输到光谱仪,通过光谱仪的入射狭缝传输到光栅上,经过光栅分光形成光谱后,由ICCD将光强信号转化为电信号,再经过计算机分析处理得到所要的光谱信息。电荷交换复合光谱(CXRS)诊断系统的视角范围Observation Port是观测窗口,当中性束注入(NBI)后,通过该窗口采集HL-2A托卡马克外边缘到中心等离子体的电荷交换复合光谱信息。光学采集系统由一个金属反射镜和一些透镜片组成。利用几何光学原理将HL-2A托卡马克放电时由外边缘到中心范围内等离子体辐射的光通过透镜组传输到光纤中。2011年采用的中心窗口光学采集系统的视角范围相对要窄一些,比例为0.38
诊断系统中的ICCD带有时间闸门的增强型影像ICCD,利用其信号增强功能和时间闸门控制特点,实现极弱信号采集、时间分辨影像捕捉等实验功能。安装ICCD应在断电情况下,连接电源线,连接ICCD。在断电情况下插PCI卡,连接数据线和ICCD。电源控制器一端连接PCI卡一端连接ICCD。在实验过程中,使用外部触发模式,ICCD的曝光时间设为20 ms,在接收到外部触发信号后开始采集,一共采集200帧。通过自带的Solis软件对ICCD进行控制并进行数据采集。
1.2 电荷交换复合光谱诊断原理
在高温等离子体内部,光谱学诊断常利用电荷数相对低的成分,称为轻杂质,此时由于大部分离子的电子被完全电离,以至于不会发出线辐射,这样就不利于直接进行光谱学诊断。利用中性束能够克服这个障碍。光谱诊断中电荷交换复合光谱诊断如图1所示。CXRS借助于外部注入粒子束使之与等离子体中的离子发生相互作用而产生光(H0+AZ+→H++A(Z-1)+*→H++A(Z-1)++hν),类氢离子产生于激发态,这是很有用的,因为其意味着一个或多个光子是由原子迅速发出的,而没必要由碰撞激发所产生,而且根据辐射跃迁选择定则,角动量差为±1,这使得高态不能直接跃迁到基态,其波长比到基态的共振线的波长要长,所以谱线容易观测,尤其是可见光或近紫外波段。同时利用高分辨光谱仪采集光谱谱线,通过精确分析谱线的多普勒展宽和多普勒频移,能直接或间接的测定等离子体的一些参数,如测量更高的离子温度和接近于等离体中心的旋转速度等参数利用CXRS方法测定离子温度和旋转速度更方便有效,因为这只依赖于谱线的位置和相对宽度,不依赖于强度,所以可以克服密度测量存在的一些困难。CXRS用于测量离子温度,因为发光离子的热运动引起了谱线的多普勒展宽;也可以用于测量等离子体旋转速度,因为等离子体旋转速度引起相同谱线的多普勒频移。最后本地杂质浓度还可以从CXRS的的谱线强度推断。从得到的这些参数中理解和分析等离子体的一些特性和物理过程,为托卡马克的运行提供必要的理论准备和依据
2 实验结果及分析
HL-2A装置放电过程中的主要内部杂质是C杂质,丰富的C杂质能提供测量所需的足够强度的信号,所以选CVI(n=8→n=7)529 nm电荷交换复合光谱来拟合。实验中用Solis采集炮号为19 591的数据,取多普勒展宽最宽的一帧即第45帧的数据来分析其空间分布。由于在ICCD中观测到的光谱波长位置与实际光谱波长位置是相反的,所以光谱左边的那条线是由边缘CIII(n=4→n=3)辐射而产生的,其中心波长为530.46 nm;光谱右边那条线是由芯部CVI(n=8→n=7)通过电荷交换复合而产生的,其中心波长为529.06 nm。毛刺主要是由于HL-2A的光谱仪分辨率有限,以及存在噪声等原因。基线不在x轴,是因为韧致辐射而产生了背景噪声造成的。如图2所示。将光谱中的数据转化为.asc格式输出,用Matlab程序读取实验数据,且用几条高斯曲线来拟合CVI谱线,并计算碳杂质离子的温度与环向旋转速度。CXRS诊断系统观察视线布局原理结构图,采集到的谱线里面主要包括装置边缘的被动光谱成分和芯部的主动光谱成分,此外还会有来自边缘电子影响的成分和一条未知杂质的谱线成分,这条杂质谱线有可能是氧。第45帧的光纤拟合的CVI谱线如图2所示。这里采用Matlab中的fliplr函数将Solis采集的光谱数据左右反转,得到实际光谱数据信息。图中蓝色高斯曲线代表实验采集到的光谱曲线,绿色高斯曲线代表主动光谱成分,青色虚线代表被动光谱成分,青色实线代表CIII成分,黑色的高斯曲线代表ICE(电子碰撞)成分,洋红色高斯曲线代表未知成分(可能是氧),红色虚线是总的拟合曲线。
中性束注入中性粒子与等离子体进行电荷交换H0+AZ+→H++A(Z-1)+→H++A(Z-1)++hν,并发射复合光谱,可以根据理论公式:
计算得到离子的温度T(eV)。其中:λFWHM是拟合的CVI谱线的波长半高全宽度;λ0是CVI谱线的中心波长,D是色散度,σs是换算后的CVI拟合谱线的像素宽度。
同样由理论公式:
可以计算得到离子的环向旋转速度。Vrot是等离子体环向旋转速度,C是光速,Δλrot是拟合的CVI谱线的多普勒频移,λ0是CVI谱线的中心波长。
由此通过Matlab编程就可以由前面拟合的CVI谱线得到离子的温度T(eV)和环向旋转速度Vrot。Matlab拟合得到离子的温度T(eV)和环向旋转速度Vrot如图3,图4所示。绿色粗线代表HL-2A托卡马克等离子体的中心位置。两幅图分别显示了11跟光纤采集到的由外边缘到中心位置方向在第45帧时离子温度和旋转速度的分布情况。
3 结论
本文主要介绍了电荷交换复合光谱诊断系统采集HL-2A托卡马克中碳杂质的电荷交换复合光谱,通过Matlab拟合CVI谱线,用三条高斯曲线,分别为表示CVI的主动谱线、被动谱线、电子碰撞谱线,并对谱线进行拟合,计算得到HL-2A托卡马克装置中等离子体放电时的离子温度和环向旋转速度。本次实验结果显示,HL-2A托卡马克中等离子体放电时离子温度最大值和环向旋转速度最大值并非出现在中心位置,而是出现在稍微偏离中心位置的地方。这是由于HL-2A托卡马克中等离子体在电磁场中的漂移运动引起的。测量托卡马克中等离子体放电的这些物理参数可以有助于我们建立全面的实验数据库,以便更好地控制等离子体及核对一些主要等离子体数据如等离子体能量、有效电荷数、束靶和热中子量等。这对ITER计划具有深远的意义。
摘要：对托卡马克中等离子体放电时的一些物理参数如离子温度,旋转速度,离子密度等的测量有助于建立全面的实验数据库,以便更好地控制等离子体及核对一些主要等离子体数据。在实验中运用电荷交换复合光谱诊断系统可对HL 2A托卡马克装置中的碳杂质的电荷交换复合光谱进行采集,用光谱采集系统将HL 2A托卡马克中的光谱信息通过光纤传递到光栅光谱仪,通过CCD将数据传递给计算机并进行采集。用Matlab对得到的复合电荷交换光谱中的数据进行拟合,进一步得到离子温度和旋转速度的空间分布。从分布上可以看出离子的温度与旋转速度的最大值并非出现在HL 2A托卡马克装置的中心位置,而是出现在中心位置偏外边缘的位置,这种分布情况可能是磁场位形所致。
关键词：电荷交换复合光谱,数据拟合,离子温度,旋转速度,空间分布
参考文献
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旋转速度 篇4
在电缆生产线上,通常需要检测电缆的走线速度,用来控制收线电机的转速和计算线缆的长度。成缆工艺参数的稳定, 直接关系到电线电缆的质量。
该项目是为某电缆厂的技术改造项目,要改造的设备是利用束线原理制造的盘绞式成缆机,改造的内容是更换全部电气控制系统。这种成缆机的放线盘固定, 而收线盘固定在盘绞架上同时完成绞合和收线的双重运动。工作时,在线缆盘直流电机的带动下,完成电缆的收线运动,在排线电机的带动下实现电缆在收线盘的整齐排列。在大盘电机的带动下,通过齿轮箱带动盘绞架实现轴向旋转,完成电缆绞合运动,是保证节距的关键。线速度是由收线盘的旋转速度决定的,如果收线电机的转速恒定,收线盘随着收线轴的变粗,线速度会增大,因此,为保证收线速度恒定,要逐渐降低收线电机的转速。
1 系统设计原理
根据电缆的生产工艺要求,不同型号的电缆,其走线速度是恒定的。通常,电缆的运行速度是由电缆带动旋转编码器来检测的。电缆线速度测速示意图如图1所示[1]。
该项目中,采用的旋转编码器的型号是TRD-J1000系列,旋转一周输出1 000个脉冲[2]。因此,根据在一定时间内检测到的脉冲数,就可以计算出电缆的走线速度。实际应用中,将其与一加工精度极高、周长为500 mm的旋转编码器测量主动轮与旋转编码器同轴安装,主动轮与电缆接触。在电缆生产运动过程中,依靠摩擦力拉动测量轮旋转,这样就把电缆的直线位移(长度)转化为旋转编码器的脉冲数字信号输出。
设旋转编码器每旋转一周,其计数脉冲个数为NP(脉冲个数/转),则旋转编码器角分辨率(单位:(°)/个)为[3]:
P=360/NP
假定固定在旋转编码器转轴上的主动导向轮半径为r m, 则旋转编码器位移分辨率(单位:m/个)为[4]:
PS =2πr/NP
这时, 若计数脉冲个数为N(个), 则由旋转编码器测量的位移量S(单位:m)为:
S=PS·N
线缆走线速度V(单位:m/s)为:
V=S/T
式中:T为接收N个脉冲所用的时间(单位:s)。
2 硬件电路设计原理
该检测电路以AT89C51单片机为控制核心,如图2所示,旋转编码器输出的脉冲,经过电平转换,变成0～5 V的TTL电平脉冲,送到AT89C51单片机的外部中断INT0端。每收到一个脉冲,单片机中断一次,同时计数脉冲存储器加1,与标准脉冲值比较后,单片机的P0口输出给定值数字量,再经过D/A转换变成给定值模拟量,送给收线电机调速器,控制电机转速[5]。这里的D/A转换芯片采用8位数据输入,四路模拟量输出的TLC7226IDW。如果需要提高电机转速控制精度,可以选用其他10位、12位数据输入的D/A转换芯片。
工作时,当收线电机带动电缆运动时,带动旋转编码器的主动轮旋转,从而旋转编码器旋转,输出脉冲。该脉冲送入光电耦合器,进行隔离、整形、电平转换,送给AT89C51的12脚,外部中断INT0进行脉冲计数。每接收到一个脉冲,单片机执行外部中断INT0 子程序一次,脉冲计数存储器加1。例如,每间隔1 s读取一次,从而可以根据计数脉冲的个数,与标准脉冲数比较,因此,可以判断当前线速度的大小[6]。
线速度的计算方法如下:
例如,要求线速度V为0.1 m/s。
旋转编码器每秒输出脉冲数=V·NP/C
其中:C为旋转编码器主动轮周长(单位:m)。所以,线速度为0.1 m/s时,旋转编码器每秒输出标准脉冲数=0.1×1 000/0.5=200个/s。
3 软件设计
在定时器中断中运行,在计时子程序中,每秒执行一次。即查询每秒收到的脉冲数是否与标准脉冲相同。该线速度控制子程序如图3所示。
首先,读脉冲计数存储器的数值,与标准脉冲数比较,等于标准脉冲,脉冲计数存储器数值清零,说明此时走线速度等于标准速度;若大于标准脉冲数,说明线速度大于标准线速度,因此,必须使调速器给定值减1,使得收线电机转速减低;若小于标准脉冲数,说明线速度小于标准线速度,必须使调速器给定值加1,使得收线电机转速增加,从而形成闭环线速度控制反馈系统,控制收线电机旋转速度,使得线速度保持恒定。
4 结 语
根据电缆成缆机的工艺要求,设计了单片机与旋转编码器组成的闭环线速度控制系统,并给出了主要控制程序的设计方法。还可以通过软件实现线缆走线长度的检测以及运行时间的计算等功能[8],并通过显示屏显示出来。上述线速度控制系统已成功应用在实际的技术改造中,为企业节约了近百万元的技术改造资金。结果表明,该系统具有运行稳定可靠、电路简单、测量精度较高、成本低等特点,完全满足电缆生产工艺要求,其简洁的电路设计和典型的控制方法具有较高的参考价值。
摘要：通过对盘绞式成缆机工作过程的分析,说明了对收线电机的控制要求,采用AT89C51单片机为控制核心,通过检测旋转编码器在单位时间内输出的脉冲数,与标准脉冲数进行比较,控制收线电机调速器的给定值,从而控制收线电机的旋转速度,实现了线缆的均匀走线速度控制。给出单片机与旋转编码器组成的闭环线速度控制系统的电路原理及主要控制程序的设计方法。其简洁的电路设计和典型的控制方法具有较高的参考价值。
关键词：旋转编码器,线速度检测,AT89C51单片机,电机调速
参考文献
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