0 引言(yán)
電磁流量計
基(jī)于電磁感應原(yuán)理，利用導電流(liu)體經過電磁外(wai)加磁場時産生(sheng)電動勢來測量(liang)導電流體的流(liu)量。電磁流量計(jì)是一種常見的(de)檢測流量的傳(chuán)感器，具有成本(běn)低、測🔆量範圍大(dà)和精度高等優(yōu)點，因👅此在工業(yè)領域應用廣泛(fan)。
自動檢測與轉(zhuǎn)換技術課ｆｅ專業(ye)頭踐性強，因此(ci)在教學過🐆程中(zhong)要🛀🏻求理論與實(shi)踐結合。課堂教(jiao)學教師想攜帶(dai)實物但礙于傳(chuán)感器體積笨重(zhòng)，想讓學生親眼(yan)看到内部結構(gou)📞但現場拆解耽(dan)誤時間影響教(jiao)學，導緻了學生(sheng)隻聽原理不見(jiàn)實物造成學習(xí)興趣差效率低(dī)的現象發生。當(dang)前課堂講解的(de)方式主要有兩(liǎng)種：（１）教師口述；（２）Ｆｌａｓｈ動(dong)🚶♀️畫演示并結合(he)講解。口述相對(dui)抽象👨❤️👨，印象不深(shēn)刻，記憶效果差(chà)。動畫演示，便于(yu)理解原理，但和(he)實際偏差大。
針(zhēn)對上述問題，通(tōng)過采用三維可(kě)視化技術，以電(dian)磁流量🌈計爲研(yán)✔️究對象，設計了(le)畫面逼真、聲音(yin)清晰和使用簡(jiǎn)便的電磁流量(liàng)計三維仿真系(xi)統。
１系統開發軟(ruan)件
1.1建模軟件
３ＤＳＭａｘ具(ju)有對ＰＣ配置要求(qiu)低，安裝插件方(fang)便，角色動畫制(zhì)作能🤟力強👄和建(jian)😘模步驟可堆疊(dié)的優點，因此選(xuǎn)擇３ＤｓＭａｘ作爲建模工(gōng)具。建模是三維(wéi)可視的第一步(bu)，模型的好壞直(zhí)接影🌈響最終🐅的(de)表現效果。爲保(bǎo)證模型的精度(dù)和正确率，在建(jian)模時應注意：①保(bǎo)持模型的尺寸(cùn)應與電磁流量(liang)計的實際尺寸(cùn)一緻；②保持模型(xing)的基點與３ＤＭａｘ場景(jing)中的中心一緻(zhi)；③模型應抓住電(diàn)磁流量計的主(zhǔ)體輪廓，盡可能(neng)減少面數，以減(jian)少計算數據量(liàng)。
1.2視頻編輯軟件(jian)
ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款專業非(fei)線性視頻編輯(jí)軟件，操作簡便(bian)，特技衆♊多，廣泛(fàn)用于廣告制作(zuo)、影視剪輯和動(dong)畫制作等領域(yù)，具有良好的兼(jiān)容性，可以和Ａｄｏｂｅ推(tui)出的其他軟件(jian)配合使🌍用［３］。爲保(bǎo)㊙️證視頻編輯質(zhi)🐕量，在編🙇🏻輯時應(yīng)注意：①選擇合适(shì)的編輯軟件；②盡(jìn)量搜集足夠的(de)素材；③少使用長(zhang)鏡頭，切換鏡頭(tóu)間隔１５ｓ左右；④注意(yì)保存的尺寸和(he)格式。
１．３輔助軟件(jian)
模型制作需要(yào)貼圖，圖片來源(yuán)于現場拍攝，但(dan)是受💚限于時間(jian)和光照等因素(su)的影響，在貼圖(tú)之前需要🔞對閣(gé)🏃🏻像進行光照、色(sè)度調整，同時取(qu)景時摻雜地面(mian)和試驗🛀台背景(jing)等因素，需要利(lì)用“仿制圖章”工(gōng)具進🌈行修複。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是(shi)一款專業的圖(tu)像處理軟件，功(gōng)🈲能強大，廣♈泛應(ying)用于平面設計(jì)、廣告🛀制作、網頁(ye)制⚽作和處理三(san)🍓維貼圖等領域(yù)。
２系統總體設計(ji)
維仿真系統由(you)模型制作和動(dòng)畫合成兩部分(fen)組成。模型制㊙️作(zuo)🌈包括建模、材質(zhì)貼圖、燈光攝影(yǐng)機、關鍵幀動畫(hua)和渲染。動畫合(hé)成包括腳本和(hé)字幕。系統設計(jì)流程如圖１所示(shì)。
（１）模型制作。①建模(mo)是三維可視化(huà)的第一步，模型(xing)的好壞直接影(ying)響最終的表現(xiàn)效果。常用的建(jian)模方法有多邊(biān)形建模、ＮＵＲＢＳ建模、複(fú)🌈合對象建模和(hé)網格建模等。多(duō)邊形建模是将(jiang)對象轉化成可(kě)編輯的多邊形(xíng)通過對該多邊(bian)形對象的多個(ge)子對🌍象進行編(bian)輯和修改來實(shí)現。ＮＵＫＢＳ建模，也稱曲(qu)線建模，在制作(zuo)樣條線時可使(shi)用ＮＵＲＢＳ曲線，通過Ｌａｔｈｅ（車(che)削）等修改器生(sheng)成
基于ＮＵＲＢＳ曲線的(de)３Ｄ曲面７。網格建模(mó)法采用“網格修(xiu)改器”在頂點🐕、邊(biān)、面三㊙️種子對象(xiang)層級上編輯物(wù)體。在建模的過(guo)程中，往往針對(dui)同一個對象根(gēn)據實際操作的(de)需✂️要采用💁多種(zhong)建模方法來創(chuang)建模型。模型能(néng)夠表現物體的(de)外觀，但不能展(zhǎn)示物體📞的表面(mian)效果。②材質和貼(tie)圖能夠表現物(wù)體的表面紋理(lǐ)。常見的貼圖方(fang)法有位圖貼圖(tu)🏃🏻♂️、噪波貼圖和棋(qi)盤格貼圖等。實(shi)際的貼圖之後(hòu)還需要對圖片(pian)的參數進行設(she)置，同時需要用(yong)到ＵＶＷ貼圖坐标修(xiu)改器修改貼圖(tú)的位置和形态(tài)等。③燈光可以烘(hong)托場景氣🐉氛，使(shǐ)場景更加逼真(zhēn)。場景攝影機提(ti)供用戶自定義(yì)視角，通過攝影(yǐng)機✏️來全方位的(de)觀察對象。④關鍵(jian)幀動畫。３丨）ｓＭａｘ中的(de)動畫主要有關(guān)鍵幀動両、運動(dòng)學、粒子動畫和(he)ｒｅａｃｔｏｒ動力學４種類型(xíng)，關鍵幀動＿是最(zui)基本的動畫類(lei)型。⑤渲染是将三(sān)⭕維場景轉化爲(wei)二維圖像來對(dui)場景中的各種(zhong)效果進行輸出(chū)。
（２）動畫合成。①編寫(xie)文字腳本，然後(hòu)采用軟件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作(zuò)音頻。②字🌈幕是将(jiang)語音内容以文(wén)字的形式顯示(shì)，幫助觀衆理解(jiě)内容。
３系統開發(fā)過程
３．１模型制作(zuo)
模型制作。建模(mó)是模型制作第(di)一個環節，三維(wei)場景中所有要(yao)表現的内容都(dōu)要靠模型來體(tǐ)現，模型的精确(què)與否直接影響(xiǎng)到最終的表現(xian)結果是否準确(què)。在建模之前要(yào)先分析建模對(duì)象，電磁流量計(ji)外殼主要由圓(yuan)柱和長方體構(gòu)成，采用多邊形(xing)建模法較好。以(yi)螺栓模型爲例(li)，首先創建一個(ge)圓柱在修改器(qi)面闆裏設置高(gāo)度、半徑，然後圖(tú)形中選擇樣條(tiao)線找到多邊形(xing)，設置多邊形的(de)邊數爲６，半徑大(da)于圓柱的半徑(jìng)，将多邊形轉化(huà)爲可編輯的多(duō)邊形，在修改器(qi)列表中找到擠(ji)出設置參數爲(wèi)封口類型勾選(xuǎn)始端末端變形(xíng)，輸出勾選網格(ge)。将平面六邊行(hang)轉化爲可編輯(jí)的網格，在修改(gai)器列表中選擇(zé)選擇面擠出。将(jiang)做好的六面體(ti)與圓柱進行在(zài)XY軸平面内對齊(qí)，在左視圖中調(diào)整六面體和圓(yuan)柱上表面的位(wèi)置，然後在命令(ling)面闆中樣條線(xian)菜單下選擇螺(luó)旋線色設置半(ban)徑１和半徑２的大(dà)小、螺旋線的高(gāo)度、圈數和偏移(yi)量，做好後将其(qí)繞在圓柱的周(zhou)圍代表螺栓的(de)螺紋。最後将圓(yuan)柱體、六邊體和(hé)螺旋線打成組(zu)命名爲螺栓，其(qí)餘的四個相同(tong)的螺栓直接通(tōng)過複制粘貼即(ji)可。制作好的電(dian)磁流量計外殼(ké)模型如圖２所示(shi)。
現場(chǎng)拍攝的銘牌照(zhào)片受限于拍攝(she)角度和環境摻(chan)雜實㊙️驗台和健(jian)，麵之前雜雜進(jin)行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟件中的(de)裁剪工具和仿(páng)🏃🏻制圖章工具進(jin)行修複，然後在(zài)命令闆中調整(zheng)圖🚶像的亮度/對(duì)比度、色階和色(se)彩平衡，出禮完(wan)💋成後保存爲JPG格(ge)式以備貼圖。處(chù)理前後的♉圖像(xiang)對比圖見圖３。貼(tie)圖，首先将對像(xiang)🔴轉化爲可編輯(ji)的多邊形，選擇(ze)可編輯多邊形(xíng)狀态下選擇編(bian)輯層級爲多邊(biān)🍉形，然後選定貼(tie)圖的面，在修改(gǎi)器卷展欄下選(xuǎn)擇UV坐标最後選(xuǎn)擇UVW貼圖。打開材(cai)質編輯器找到(dao)貼圖将貼👈圖賦(fù)予材質球，然後(hòu)将材質球指定(ding)給選定對象。初(chū)步貼圖後是不(bú)精确的，此時需(xu)要使用UVW貼圖坐(zuò)标修改器修改(gǎi)貼圖的位置和(he)貼圖的大小。
燈光可以照(zhào)亮場景，使場景(jǐng)中的對象産生(sheng)陰影。爲了使表(biǎo)難🎯效果更加真(zhen)實，需要給場景(jing)添加燈光。使用(yong)攝☀️影棚機優點(diǎn)是可以🎯擺放在(zai)場景中任意位(wei)置🏃♀️，給用戶提供(gòng)自定義的視角(jiǎo)。在制作關🐪鍵頓(dùn)動畫時，采用目(mù)标攝像機由遠(yuǎn)及近來觀察電(dian)磁流量計。爲了(le)全方位的觀察(chá)電磁流量計的(de)外觀👣，需要在透(tòu)視窗口下創建(jian)一架“自由攝像(xiàng)機”。
關鍵喊動畫(huà)就是指制作出(chū)幾個關鍵時間(jiān)短的場景，然後(hou)💁中間🚶♀️的動畫由(you)計算機來完成(cheng)。在制作電磁流(liu)量計三維動畫(hua)的過程中，要注(zhu)意物體和攝像(xiang)機不能同時移(yi)動，否則輸出的(de)序列幀中會産(chan)生“抖動”現象。
在(zai)３ＤｓＭａｘ中完成的場景(jǐng)稱爲工程文件(jiàn)，隻有對場景進(jìn)行渲染，才能🔴将(jiang)材質、燈光及特(te)效表現出來。“默(mo)認掃描線渲染(ran)器🏃♂️”是３ＤＳＭａｘ最基本的(de)渲染器，渲染速(sù)度快，可以将🔴場(chang)景渲染成一系(xi)列的水平線，因(yin)此選擇掃描線(xian)渲染器。在渲染(ran)器輸出設置對(dui)話框中，公用選(xuan)項欄勾選設置(zhi)渲染幀的範圍(wei)，幀🤩的編号，渲染(rǎn)區域選擇視圖(tu)，輸出大小爲👌１２８０ｘ９６０。在(zai)默認掃描線渲(xuàn)染器選項框下(xia)勾選貼圖、陰影(ying)和自動反射／折(she)射和鏡🌏像選項(xiang)，過濾器☂️選Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項(xiang)ｎｉ］。實物和渲染♌出(chu)的三維模型如(ru)❓圖４所示。
３．２動畫合成
腳本(ben)制作。首先搜集(ji)電磁流量計資(zī)料，獲取電磁流(liu)💘量計的💜結構🈲、特(tè)點和原理等信(xin)息，制作文字腳(jiao)本。然🌐後采🏒用軟(ruǎn)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将文字腳本(běn)轉化爲音頻腳(jiao)本，ＷＡＶ音效好接近(jìn)無損音樂格式(shi)，将音頻保存爲(wei)ＷＡＶ格🧑🏾🤝🧑🏼式。
Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文字工具(jù)提供了創建清(qīng)晰生動文字所(suo)需要的各種功(gong)能，使用👌“字幕屬(shǔ)性”面闆可以修(xiu)改字幕的大小(xiao)、字體，并且可以(yǐ)爲文字創建陰(yin)影和浮雕效果(guǒ)。本文使用的小(xiao)标題的文字樣(yàng)式選擇黑體，字(zì)号爲３６點，屏下方(fāng)自動💘樣式選擇(zé)黑體，字号爲33點(diǎn)。
４系統實現
圖5爲(wei)電磁流量計三(san)維仿真系統視(shì)頻播放組合。
⑴結(jie)構。電磁流量計(jì)由轉換器、表體(ti)和連接杆等構(gòu)成。轉換器🌈由電(diàn)🔅極、傳感器、信号(hào)放大電路、外圍(wéi)電路、數據顯💃不(bu)模塊等構成；表(biǎo)體和連接杆由(yóu)轉換器外殼、支(zhī)架連接杆、轉換(huan)器安全螺栓、表(biǎo)體機械結構等(deng)組成。流量計的(de)測量管是一種(zhǒng)裝有一對測量(liang)電極的🌂内襯絕(jue)緣材料的非導(dǎo)磁合金短管，兩(liǎng)隻電極沿管徑(jing)方向穿過管🈲壁(bì)固定在測量管(guan)上。其電極頭🔴與(yu)襯㊙️裏内表面基(jī)本齊平。
（2）測量。由(yóu)兩方波脈沖勵(lì)磁時，将在測量(liàng)管軸線垂直的(de)方向上🈲産生一(yī)磁通量密度爲(wei)B的工作磁場。當(dāng)導✔️電流體平均(jun)流速n（m/s）通過測量(liang)管，将切割磁力(lì)線感應出電動(dong)勢瓦，其方向垂(chui)直于磁場和流(liu)體的方向。E正♉比(bǐ)于磁通量密度(dù)B測量管内徑d與(yǔ)平均流速n的乘(cheng)積。E正比于磁通(tōng)密度B，測量管内(nèi)徑d與平均流速(su)n的乘積。E（流量信(xin)号）由電極檢出(chū)并通過🤞電纜送(song)至轉換器。轉換(huàn)器将流量信号(hào)放大處理後，可(ke)顯示流體流量(liang)，并能輸出脈沖(chong)，模拟電流等信(xin)号，用于流量的(de)控制和調節。結(jie)合🏃式（１）￣（３）可以推導(dao)出流量計算式(shi)（4）
E=κBDn （1）
Q=Sn （2）
S=pD2/4 （3）
Q=pED/（4κB） （4）
式中：κ爲儀表常(cháng)數；E爲電極間信(xìn)号電壓（V）；B爲磁通(tōng)密度（T）；D爲測量管(guǎn)内徑（m）；n爲平均流(liú)速（m/s）；S爲測量導管(guan)的橫截面積（m2）。
５結(jie)語
采用三維可(kě)視化技術，以電(dian)磁流量計爲研(yan)究對象開🚶發💔的(de)電磁🐕流量計三(san)維仿真系統解(jie)決了自動檢🔞測(ce)與轉換技術課(ke)程教學中隻聽(tīng)原理不見實物(wu)，攜帶實物不便(bian)和現場拆解耽(dan)誤🚶時間影響教(jiao)學。系統具有畫(hua)面逼真。聲音清(qing)晰和使用簡便(biàn)的優點，能夠快(kuài)速掌握電磁流(liu)量計結構原理(lǐ)。
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