0 引言(yán)
　　電磁流(liu)量計 基(jī)于電磁(ci)感應原(yuán)理，利用(yong)導電流(liú)體經過(guo)電磁外(wài)加磁場(chǎng)時🐆産生(shēng)電動勢(shì)來測量(liang)導電流(liu)體的流(liu)量。電磁(cí)流量計(jì)是一種(zhong)常見的(de)檢♈測流(liú)量的傳(chuán)感器，具(jù)有成本(ben)低、測量(liang)範圍大(dà)和精度(dù)高等優(you)點，因此(cǐ)在工業(yè)領域應(ying)用廣泛(fan)。
　　自動檢(jiǎn)測與轉(zhuan)換技術(shu)課ｆｅ專業(ye)頭踐性(xing)強，因此(cǐ)在教學(xue)過程中(zhong)要求理(lǐ)論與實(shi)踐結合(he)。課堂教(jiao)學教師(shī)想攜帶(dai)實物但(dàn)礙于傳(chuán)感器體(tǐ)積笨重(zhong)，想讓學(xué)生親眼(yǎn)看到内(nèi)部結構(gòu)但現場(chǎng)🔱拆解耽(dan)誤時間(jian)影響教(jiao)學，導緻(zhì)了學生(shēng)隻聽原(yuán)理不見(jiàn)實物😘造(zào)成學習(xí)👈興趣差(chà)效率低(dī)的現象(xiàng)發生。當(dāng)前課堂(táng)講解的(de)方式主(zhǔ)要有兩(liang)🌈種：（１）教師(shi)口述🥵；（２）Ｆｌａｓｈ動(dong)畫演示(shi)并結合(hé)㊙️講解。口(kou)述相對(dui)⛹🏻‍♀️抽象，印(yin)象不深(shēn)刻，記憶(yi)效果差(chà)。動畫演(yǎn)示，便于(yú)理解原(yuan)理，但和(hé)實際偏(pian)差大。
　　針(zhēn)對上述(shu)問題，通(tong)過采用(yong)三維可(ke)視化技(ji)術，以電(diàn)磁流量(liàng)計爲✂️研(yán)究對象(xiang)，設計了(le)畫面逼(bī)真、聲音(yīn)清晰和(hé)使用簡(jiǎn)便的電(diàn)♈磁流量(liàng)計三維(wei)仿真系(xi)統。
１系統(tong)開發軟(ruǎn)件
1.1建模(mo)軟件
　　３ＤＳＭａｘ具(jù)有對ＰＣ配(pei)置要求(qiu)低，安裝(zhuang)插件方(fāng)便，角色(se)動畫制(zhì)作能力(li)強和建(jian)👉模步驟(zhou)可堆疊(dié)的優點(diǎn)，因此選(xuǎn)擇３ＤｓＭａｘ作爲(wèi)建模工(gōng)具📱。建模(mó)是三維(wéi)可視的(de)第一步(bu)，模型的(de)好壞直(zhí)接影響(xiang)最終的(de)表現🔞效(xiào)果。爲保(bǎo)證模型(xíng)的精度(du)和正确(què)率，在建(jiàn)模時應(yīng)注意：①保(bǎo)持🔱模型(xing)的尺寸(cun)應與電(dian)磁流量(liang)計的實(shí)際尺寸(cùn)一緻；②保(bao)持模型(xíng)🈲的基點(dian)與３ＤＭａｘ場♍景(jǐng)中的中(zhong)心一緻(zhi)；③模型應(ying)抓住‼️電(dian)磁流量(liàng)計的主(zhu)體♉輪廓(kuò)，盡可能(néng)減少面(miàn)數，以減(jiǎn)少計算(suan)數據量(liàng)。
1.2視頻編(bian)輯軟件(jiàn)
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款(kuan)專業非(fei)線性視(shi)頻編輯(jí)軟件，操(cāo)作簡便(biàn)，特技衆(zhōng)多♍，廣泛(fan)😘用于廣(guǎng)告制作(zuò)、影視剪(jian)輯和動(dòng)畫制作(zuo)等領域(yu)，具有🛀良(liang)好的兼(jian)容性，可(kě)以和Ａｄｏｂｅ推(tuī)出的其(qí)他軟件(jian)配合使(shi)用［３］。爲保(bǎo)證視頻(pín)編輯質(zhì)量，在編(biān)輯時應(ying)注意：①選(xuǎn)擇合适(shì)的編輯(ji)軟件；②盡(jin)量搜集(ji)足夠的(de)素材；③少(shǎo)使用長(zhang)鏡頭，切(qie)換鏡頭(tou)間隔１５ｓ左(zuo)右；④注意(yì)保存的(de)尺寸和(hé)格式。
１．３輔(fu)助軟件(jiàn)
　　模型制(zhi)作需要(yào)貼圖，圖(tú)片來源(yuan)于現場(chǎng)拍攝，但(dan)是受限(xiàn)于時間(jiān)和光照(zhào)等因素(sù)的影響(xiǎng)，在貼圖(tú)之前需(xū)要對閣(ge)像進行(hang)光照、色(se)🤞度調整(zhěng)，同時取(qǔ)景時摻(chān)雜地面(miàn)🚩和試驗(yan)台背景(jǐng)等因素(sù)，需要利(lì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼用“仿制(zhi)👌圖章”工(gōng)具進行(háng)修複。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是(shi)一款專(zhuan)業的圖(tu)像處理(lǐ)軟件，功(gong)能強大(da)，廣💃🏻泛應(yīng)用于平(píng)面設計(ji)、廣告制(zhi)作、網頁(yè)制作和(hé)處理三(sān)維貼圖(tú)等領域(yù)🛀。
２系統總(zǒng)體設計(ji)
　　維仿真(zhen)系統由(yóu)模型制(zhì)作和動(dòng)畫合成(cheng)兩部分(fen)組成。模(mó)型制作(zuò)包💃🏻括建(jiàn)模、材質(zhi)貼圖、燈(deng)光攝影(yǐng)機、關鍵(jiàn)幀動畫(huà)和渲🐆染(rǎn)。動畫合(hé)成包括(kuo)腳本和(he)字幕。系(xì)統設計(ji)流程如(ru)圖１所示(shi)。
（１）模型制(zhì)作。①建模(mo)是三維(wei)可視化(hua)的第一(yī)步，模型(xíng)的好壞(huai)直接影(yǐng)響🐆最終(zhong)的表現(xian)效果。常(cháng)用的建(jian)模方法(fǎ)有多邊(bian)形建模(mo)、ＮＵＲＢＳ建模、複(fu)合對象(xiàng)建模和(he)網格建(jian)模等。多(duō)邊形建(jian)模是将(jiang)對象轉(zhuan)化成可(ke)😘編輯的(de)多邊形(xing)通過對(dui)該多邊(biān)👅形對象(xiang)的多個(gè)子對象(xiàng)進行編(bian)輯和修(xiu)改來實(shí)現。ＮＵＫＢＳ建模(mo)，也稱曲(qu)線建模(mo)，在制作(zuo)樣條線(xian)時可使(shǐ)♉用ＮＵＲＢＳ曲線(xiàn)，通過👄Ｌａｔｈｅ（車(che)削）等修(xiū)改器生(shēng)成

　　基于(yu)ＮＵＲＢＳ曲線的(de)３Ｄ曲面７。網(wang)格建模(mo)法采用(yong)“網格修(xiu)改器”在(zài)頂點🔱、邊(biān)、面三種(zhong)子對象(xiang)層級上(shang)編輯物(wu)體。在建(jian)模的🙇🏻過(guò)程⭐中，往(wǎng)😘往針對(duì)同一個(ge)對象根(gen)據實際(ji)操作的(de)需🚶‍♀️要采(cǎi)用多種(zhǒng)建模方(fang)法🐆來創(chuang)建模型(xíng)。模型能(néng)夠表現(xiàn)物體的(de)外♋觀，但(dàn)不能展(zhan)示物體(ti)的表面(miàn)效果。②材(cai)質和貼(tiē)圖能夠(gou)表現物(wù)體的表(biao)面紋理(li)。常見的(de)貼圖方(fang)法💯有位(wèi)圖貼圖(tu)、噪波貼(tie)圖和棋(qí)盤格貼(tie)圖等。實(shí)際的貼(tiē)圖之後(hou)還需要(yào)對🤟圖片(piàn)的參數(shù)進行設(shè)置，同時(shi)需要用(yong)到ＵＶＷ貼圖(tú)坐标修(xiū)改器修(xiu)改貼圖(tu)的位💰置(zhi)和形态(tài)等。③燈光(guāng)可以烘(hōng)托場景(jing)氣氛，使(shi)場景更(geng)加逼真(zhēn)。場景攝(shè)☀️影機提(ti)供用戶(hu)自定義(yì)視角，通(tong)過攝影(ying)機來全(quan)方位的(de)觀察對(duì)象。④關鍵(jian)幀動畫(hua)。３丨）ｓＭａｘ中的(de)動畫主(zhǔ)要有關(guan)鍵🤟幀動(dòng)両、運動(dòng)學、粒子(zǐ)動畫和(hé)ｒｅａｃｔｏｒ動力學(xué)４種類型(xíng)，關鍵幀(zhēn)動＿是最(zuì)基本的(de)動畫類(lèi)型。⑤渲染(rǎn)是将三(sān)維場景(jǐng)轉化爲(wei)二維圖(tú)像來對(duì)場景中(zhong)的各種(zhǒng)效果進(jìn)行輸出(chu)。
（２）動畫合(hé)成。①編寫(xie)文字腳(jiao)本，然後(hou)采用軟(ruǎn)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作(zuo)音頻。②字(zì)幕是将(jiāng)🔞語音内(nèi)容以文(wén)字的形(xing)式顯示(shi)，幫助觀(guān)衆理解(jie)内容。
３系(xi)統開發(fā)過程
３．１模(mo)型制作(zuo)
　　模型制(zhi)作。建模(mo)是模型(xing)制作第(di)一個環(huán)節，三維(wei)場景中(zhong)所有要(yao)表現的(de)内容都(dou)要靠模(mo)型來體(tǐ)現，模型(xíng)的精确(què)與否直(zhí)接影響(xiang)到最終(zhōng)的表現(xian)結果是(shi)否準确(què)。在建模(mo)之前要(yao)先分析(xi)建模對(dui)象，電磁(ci)流量計(jì)外殼主(zhǔ)要由圓(yuan)柱和長(zhǎng)方體構(gòu)成，采用(yòng)多邊形(xing)建模法(fa)較好。以(yi)螺栓模(mo)型爲例(li)，首先創(chuàng)建一個(gè)圓柱在(zài)修改器(qì)面闆裏(lǐ)設置高(gāo)度、半徑(jìng)，然後圖(tú)形中選(xuan)擇樣條(tiáo)線找到(dao)多邊形(xing)，設置多(duō)邊形的(de)邊數爲(wei)６，半徑大(dà)于圓柱(zhu)的半徑(jìng)，将多邊(biān)形轉化(huà)爲可編(bian)輯的多(duo)邊形，在(zai)修改器(qi)列表中(zhong)找到擠(ji)出設置(zhì)參數爲(wèi)封口類(lei)型勾選(xuǎn)始端末(mò)端變形(xíng)，輸出勾(gōu)選網格(ge)。将平面(miàn)六邊行(hang)轉化爲(wèi)可編輯(jí)的網格(gé)，在修改(gai)器列表(biao)中選擇(zé)選擇面(miàn)擠出。将(jiāng)做好的(de)六面體(tǐ)與圓柱(zhu)進行在(zài)XY軸平面(mian)内對齊(qi)，在左視(shì)圖中調(diao)整六面(mian)體和圓(yuan)柱上表(biǎo)面的位(wei)置，然後(hou)在命令(lìng)面闆中(zhōng)樣條線(xian)菜單下(xia)選擇螺(luó)旋線色(sè)設置半(bàn)徑１和半(bàn)徑２的大(da)小、螺旋(xuán)線的高(gāo)度、圈數(shu)和偏移(yi)量，做好(hǎo)後将其(qi)繞在圓(yuán)柱的周(zhōu)圍代表(biao)螺栓的(de)螺紋。最(zuì)後将圓(yuán)柱體、六(liù)邊體和(he)螺旋線(xiàn)打成組(zǔ)命名爲(wei)螺栓，其(qí)餘的四(sì)個相同(tong)的螺栓(shuān)直接通(tong)過複制(zhi)粘貼即(ji)可。制作(zuo)好的電(dian)磁流量(liàng)計外殼(ke)模型如(rú)圖２所示(shì)。
　　現場(chǎng)拍攝的(de)銘牌照(zhao)片受限(xian)于拍攝(shè)角度和(he)環境摻(chan)雜實驗(yan)台和健(jiàn)，麵之前(qian)雜雜進(jin)行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟(ruan)件中的(de)裁剪工(gōng)具和仿(pang)🥰制圖章(zhāng)工📱具進(jìn)行修複(fu)，然後在(zai)命令闆(pan)中調整(zheng)圖像的(de)亮度/對(dui)比度、色(sè)階和色(sè)彩平衡(héng)，出禮完(wán)成後保(bao)存爲JPG格(gé)式以備(bèi)貼圖。處(chu)理前後(hou)的圖像(xiang)對比⁉️圖(tú)見圖３。貼(tie)圖，首先(xian)将對像(xiàng)轉化爲(wei)可編輯(jí)的多邊(bian)形，選擇(zé)可編輯(jí)多邊形(xíng)狀态下(xia)選擇編(bian)輯層級(jí)爲多邊(biān)形，然後(hòu)選定貼(tiē)圖的面(miàn)，在修改(gai)器卷展(zhan)欄下選(xuǎn)擇UV坐🔞标(biao)最後選(xuan)擇UVW貼圖(tú)。打開材(cai)質編輯(jí)器找☂️到(dào)貼圖将(jiāng)貼圖賦(fu)予材質(zhì)球，然後(hou)将材質(zhi)球指定(dìng)給選定(ding)對象。初(chū)㊙️步貼圖(tu)後是不(bú)精确的(de)，此時需(xū)要使用(yong)UVW貼圖坐(zuò)标修🥰改(gai)器修改(gai)貼圖的(de)位置和(he)貼🈲圖的(de)大小。

　　燈光(guang)可以照(zhào)亮場景(jing)，使場景(jǐng)中的對(dui)象産生(sheng)陰影。爲(wei)了🛀🏻使表(biao)難效果(guo)更加真(zhēn)實，需要(yao)給場景(jing)添加燈(dēng)光。使用(yong)攝⭐影棚(péng)機優點(dian)是可以(yǐ)擺放在(zai)場景中(zhong)任意位(wèi)置，給用(yòng)戶提供(gong)自🌈定義(yì)的視角(jiao)。在制作(zuò)關鍵頓(dùn)動畫時(shi)，采用目(mu)标攝像(xiàng)機由遠(yuǎn)及近來(lai)觀察電(dian)磁流量(liang)計。爲了(le)全方位(wei)的觀察(chá)電磁流(liu)量計的(de)外觀，需(xū)要在透(tou)視窗口(kou)下創建(jiàn)一架“自(zì)由攝像(xiang)機”。
　　關鍵(jiàn)喊動畫(huà)就是指(zhi)制作出(chū)幾個關(guan)鍵時間(jiān)短的場(chang)景，然🌏後(hòu)中🌈間的(de)動畫由(yóu)計算機(jī)來完成(chéng)。在制作(zuò)電磁流(liú)量計三(sān)維動畫(huà)的過程(chéng)中，要注(zhù)意物體(ti)和攝像(xiàng)機不能(néng)同時移(yí)動，否則(zé)輸出的(de)序🏃🏻‍♂️列幀(zhen)中💁會産(chǎn)生“抖動(dòng)”現象。
　　在(zai)３ＤｓＭａｘ中完成(cheng)的場景(jǐng)稱爲工(gong)程文件(jian)，隻有對(duì)場景進(jin)行渲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻染(ran)，才能将(jiang)材質、燈(dēng)光及特(tè)效表現(xian)出來。“默(mò)認掃描(miao)線渲染(ran)器”是３ＤＳＭａｘ最(zuì)基本的(de)渲染器(qi)，渲染速(su)度快，可(kě)以将💁場(chang)景渲染(ran)成一⛷️系(xi)列的水(shuǐ)平線，因(yin)此選擇(zé)掃描線(xian)渲染器(qi)。在渲染(rǎn)器輸出(chu)🏃‍♂️設置對(dui)話框中(zhōng)，公用選(xuan)項欄勾(gou)選設置(zhì)渲染⛷️幀(zhen)的範圍(wei)，幀🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的編(biān)号，渲染(rǎn)區域選(xuan)擇視圖(tu)，輸出大(dà)小爲😄１２８０ｘ９６０。在(zai)默認掃(sǎo)描線渲(xuan)染器選(xuan)項框下(xia)勾🧑🏾‍🤝‍🧑🏼選貼(tie)圖、陰影(ying)和自動(dong)反射／折(shé)射和鏡(jing)像選項(xiàng)，過濾器(qi)💚選Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｍｎ選項(xiàng)ｎｉ］。實物和(hé)渲染出(chu)的三維(wei)模型如(ru)圖４所示(shi)。

３．２動畫合(he)成
　　腳本(ben)制作。首(shǒu)先搜集(ji)電磁流(liú)量計資(zī)料，獲取(qǔ)電磁流(liú)量計❤️的(de)結構、特(tè)點和原(yuán)理等信(xin)息，制作(zuo)文字腳(jiao)本。然後(hou)采用軟(ruan)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将🈲文(wén)字♌腳本(běn)⛱️轉化爲(wèi)音頻腳(jiao)本，ＷＡＶ音效(xiào)好👈接近(jìn)無損音(yīn)樂格式(shì)，将音頻(pín)保存爲(wèi)ＷＡＶ格式。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文(wén)字工具(jù)提供了(le)創建清(qīng)晰生動(dòng)文字所(suo)需要的(de)各種功(gōng)能👣，使🔱用(yong)“字幕屬(shǔ)性”面闆(pǎn)可以修(xiu)改字幕(mu)的大小(xiǎo)♌、字體🐇，并(bing)且可以(yǐ)🐉爲文字(zi)創建陰(yīn)影和浮(fu)雕效果(guo)。本文使(shǐ)用的🛀🏻小(xiao)标題的(de)文字樣(yang)式選擇(ze)黑體，字(zì)号爲３６點(dian)，屏下方(fang)自動樣(yàng)式選擇(zé)黑體，字(zì)号爲33點(dian)。
４系統實(shi)現
圖5爲(wei)電磁流(liú)量計三(san)維仿真(zhen)系統視(shi)頻播放(fang)組合。
⑴結(jié)構。電磁(ci)流量計(jì)由轉換(huan)器、表體(ti)和連接(jiē)杆等構(gòu)成。轉換(huàn)器由電(dian)極、傳感(gan)器、信号(hào)放大電(dian)路、外圍(wei)電路、數(shù)據顯不(bu)模塊等(deng)構成♊；表(biao)體和連(lian)接杆由(yóu)轉換器(qì)外殼🔱、支(zhī)架連🥰接(jiē)杆、轉換(huàn)器安全(quan)螺栓、表(biǎo)體機械(xiè)結構等(deng)組成。流(liu)量計✊的(de)測量管(guan)🈲是一種(zhong)裝有一(yi)對測量(liang)電極的(de)🐪内襯絕(jué)緣材料(liao)的非導(dao)磁合金(jin)短管，兩(liǎng)隻電極(jí)沿管徑(jìng)方向穿(chuan)過管壁(bì)固定在(zai)測量管(guǎn)上。其電(diàn)極頭與(yǔ)襯裏内(nèi)表面基(jī)本齊平(ping)。
（2）測量。由(you)兩方波(bo)脈沖勵(lì)磁時，将(jiāng)在測量(liàng)管軸線(xiàn)垂直的(de)方向上(shang)産生一(yī)磁通量(liang)密度爲(wèi)B的工作(zuò)磁場。當(dang)導電流(liu)😄體平均(jun)流速n（m/s）通(tong)過測量(liang)管，将切(qie)割磁力(lì)線感應(ying)出電動(dong)勢瓦，其(qí)方向垂(chui)直于磁(cí)場和流(liú)🌈體的方(fang)向。E正比(bi)于磁通(tōng)量密度(du)B測量管(guan)内徑d與(yu)平均流(liu)速n的乘(chéng)積❤️。E正比(bi)于磁通(tōng)密度B，測(ce)量管内(nei)徑d與平(ping)均🏃‍♀️流速(su)n的乘積(jī)。E（流量信(xin)号）由電(diàn)極檢出(chū)并通過(guò)電纜送(sòng)至轉換(huàn)器。轉換(huan)器将流(liu)量信号(hào)♌放大處(chù)理後，可(kě)顯🔞示流(liú)體流量(liàng)，并能輸(shū)出脈沖(chong)，模拟電(diàn)流等信(xìn)号，用于(yu)流量的(de)控制和(hé)調節。結(jie)合式（１）￣（３）可(ke)以推導(dao)出流量(liang)計算式(shì)（4）
E=κBDn　　　　　　（1）
Q=Sn　　　　　　　　（2）
S=pD2/4　　　　　　　（3）
Q=pED/（4κB）　　　　（4）
　　式中：κ爲(wei)儀表常(chang)數；E爲電(dian)極間信(xìn)号電壓(yā)（V）；B爲磁通(tong)密度（T）；D爲(wei)🙇‍♀️測🔱量管(guǎn)内徑（m）；n爲(wèi)平均流(liú)速（m/s）；S爲測(cè)量導管(guan)的橫截(jié)面積（m2）。
５結(jie)語
　　采用(yòng)三維可(kě)視化技(jì)術，以電(dian)磁流量(liang)計爲研(yán)究對象(xiang)開發的(de)電磁流(liú)量計三(sān)維仿真(zhen)系統解(jie)決了自(zì)動檢測(cè)與轉換(huan)技術課(kè)程教學(xué)中隻聽(tīng)原理不(bú)見實物(wu)，攜帶實(shi)物不便(biàn)和現場(chǎng)拆解耽(dan)誤時間(jiān)影☂️響教(jiao)學。系統(tong)❓具有畫(hua)面逼真(zhēn)。聲音🎯清(qīng)晰和使(shǐ)用簡便(biàn)的👈優點(dian)，能夠🏃🏻‍♂️快(kuài)速掌握(wò)電磁流(liu)量計結(jie)構原理(lǐ)。

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