0 引言(yan)
　　電磁流(liú)量計 基(ji)于電磁(cí)感應原(yuán)理，利用(yong)導電流(liú)體經過(guo)電磁外(wai)加磁場(chǎng)時産生(sheng)📱電動勢(shi)來測量(liàng)導電流(liu)體的流(liu)量。電磁(ci)流量計(jì)是🛀一種(zhǒng)常見的(de)檢測流(liú)量的傳(chuan)感器，具(ju)有成本(ben)低、測量(liang)範圍大(dà)和精度(dù)高等優(yōu)點，因此(ci)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(xìng)強，因此(cǐ)在教學(xué)過程中(zhong)要求理(li)論與實(shí)踐結合(hé)。課堂教(jiao)學教師(shi)想攜帶(dài)實物但(dan)礙于傳(chuán)感器體(tǐ)積笨重(zhòng)，想讓學(xue)生親眼(yan)看到内(nei)部結構(gou)但現場(chǎng)🛀🏻拆解耽(dan)誤時間(jian)影響教(jiāo)學，導緻(zhi)了學生(shēng)隻聽原(yuán)理不見(jiàn)實物造(zào)成學習(xí)興趣差(cha)效💃率低(di)的現象(xiang)發生。當(dang)前課堂(táng)講解的(de)方式主(zhu)要有兩(liǎng)💃種：（１）教師(shī)口述；（２）Ｆｌａｓｈ動(dòng)畫演示(shi)并結合(hé)講解。口(kǒu)述相對(duì)抽象，印(yin)象不深(shen)刻，記憶(yi)效果差(cha)。動畫演(yan)示，便于(yu)理解原(yuan)理，但和(hé)實際偏(pian)差大。
　　針(zhēn)對上述(shù)問題，通(tōng)過采用(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)，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(liang)計三維(wei)仿真系(xì)統。
１系統(tǒng)開發軟(ruǎn)件
1.1建模(mó)軟件
　　３ＤＳＭａｘ具(jù)有對ＰＣ配(pei)置要求(qiú)低，安裝(zhuang)插件方(fāng)便，角色(sè)動畫制(zhì)作能力(li)🛀🏻強和建(jian)模步驟(zhou)可堆疊(die)的優點(diǎn)，因此選(xuǎn)擇３ＤｓＭａｘ作爲(wèi)建模工(gōng)具。建模(mo)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻是三維(wéi)可視的(de)第一步(bu)，模型的(de)好壞直(zhí)接影響(xiǎng)最終🌏的(de)表現效(xiào)果。爲保(bao)證模型(xíng)的精度(dù)和正确(què)率，在建(jiàn)模時應(yīng)注意：①保(bao)持模型(xíng)的尺💃寸(cùn)應與電(dian)☀️磁流量(liang)計的實(shi)際尺寸(cun)一緻；②保(bǎo)持模型(xíng)的基點(diǎn)與３ＤＭａｘ場🐆景(jǐng)中的中(zhong)心一緻(zhì)；③模型應(ying)抓住電(diàn)磁流量(liàng)計的主(zhu)體輪廓(kuò)，盡可能(neng)減少面(miàn)數，以減(jiǎn)少計算(suan)數據量(liang)。
1.2視頻編(biān)輯軟件(jian)
　　ＡｄｏｂｅＰｒｅｍｉｅｒｅ是一款(kuǎn)專業非(fēi)線性視(shi)頻編輯(jí)軟件，操(cāo)作簡便(biàn)，特技☎️衆(zhong)多，廣泛(fan)🚶用于廣(guang)告制作(zuo)、影視剪(jian)輯和動(dong)畫制作(zuò)等領域(yù)，具有良(liang)好的兼(jian)容性🔱，可(kě)以和Ａｄｏｂｅ推(tuī)出的其(qí)他軟件(jiàn)配合使(shǐ)用［３］。爲保(bao)證視頻(pin)編輯質(zhi)量，在編(bian)輯時應(yīng)注意：①選(xuan)擇合适(shi)的編輯(jí)軟件；②盡(jin)量搜集(ji)足夠的(de)素材；③少(shǎo)使用長(zhǎng)鏡頭，切(qie)換鏡頭(tou)間隔１５ｓ左(zuǒ)右；④注意(yi)保存的(de)尺寸和(he)格式。
１．３輔(fǔ)助軟件(jian)
　　模型制(zhi)作需要(yào)貼圖，圖(tú)片來源(yuán)于現場(chǎng)拍攝，但(dàn)是受限(xiàn)于時間(jiān)和光照(zhao)等因素(su)的影響(xiang)，在貼圖(tu)之前需(xu)要對閣(gé)像進行(hang)光照、色(sè)度調整(zhěng)，同時取(qǔ)景時摻(chan)雜地面(mian)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻和試驗(yan)💞台背景(jing)等因素(sù)🌐，需要利(li)用“仿制(zhì)♈圖章”工(gong)具進行(hang)修複。ＡｄｏｂｅＰｈｏｔｏｓｈｏｐ是(shi)一款專(zhuān)業的圖(tu)像處理(li)軟件，功(gong)能強大(dà)，廣泛應(yīng)用于平(píng)面設計(ji)、廣告制(zhi)作、網頁(ye)制作和(hé)處理三(san)維貼圖(tú)等領域(yu)⭐。
２系統總(zong)體設計(ji)
　　維仿真(zhēn)系統由(yóu)模型制(zhì)作和動(dòng)畫合成(cheng)兩部分(fen)組成。模(mo)型制作(zuo)包括建(jian)模、材質(zhi)貼圖、燈(dēng)光攝影(yǐng)機、關鍵(jiàn)幀動畫(hua)和渲染(ran)。動畫合(he)成包括(kuò)腳本和(he)字幕。系(xì)統設計(jì)流程如(ru)圖１所示(shì)。
（１）模型制(zhì)作。①建模(mó)是三維(wéi)可視化(huà)的第一(yi)步，模型(xíng)的好壞(huài)直接影(yǐng)響✌️最終(zhong)的表現(xiàn)效果。常(chang)用的建(jian)模方法(fa)有多邊(bian)形建模(mó)、ＮＵＲＢＳ建模、複(fu)🙇🏻合對象(xiang)建模和(hé)網格建(jiàn)模等。多(duo)邊形建(jian)模是将(jiang)對象轉(zhuǎn)💚化成可(ke)編輯的(de)多邊形(xing)通過對(dui)該多邊(biān)形對象(xiàng)的多個(ge)子對象(xiàng)進行編(biān)輯和修(xiū)改👄來實(shí)現。ＮＵＫＢＳ建模(mó)💯，也稱曲(qu)線建模(mó)，在制作(zuò)樣條線(xian)時可使(shǐ)用ＮＵＲＢＳ曲線(xian)，通過Ｌａｔｈｅ（車(chē)削）等修(xiū)改器生(sheng)成

　　基于(yu)ＮＵＲＢＳ曲線的(de)３Ｄ曲面７。網(wang)格建模(mó)法采用(yong)“網格修(xiū)改器”在(zài)✉️頂點、邊(bian)、面🚶三種(zhǒng)子對象(xiàng)層級上(shang)編輯物(wu)體。在建(jian)模的過(guo)程中，往(wang)往針對(duì)同🌐一個(ge)對象根(gen)據實際(jì)操作的(de)需要采(cǎi)用多種(zhong)建模方(fāng)法🏃🏻‍♂️來創(chuang)建🧡模型(xíng)。模👌型能(neng)夠表現(xian)物體的(de)外觀，但(dàn)不能展(zhǎn)示物體(tǐ)的表面(miàn)效果。②材(cái)質和貼(tiē)圖能夠(gou)表✂️現物(wu)體的表(biao)面紋理(li)。常見的(de)貼圖方(fāng)法有位(wèi)圖貼圖(tu)、噪波貼(tiē)圖和棋(qi)盤格貼(tiē)圖等。實(shi)際‼️的貼(tiē)圖之後(hou)還需要(yào)對🍉圖片(pian)的參數(shu)進行🚶設(she)置，同時(shi)需要用(yong)到ＵＶＷ貼圖(tú)坐标修(xiū)改器修(xiū)改貼圖(tú)的位置(zhì)和形态(tai)等。③燈光(guang)可以烘(hong)托場景(jing)氣氛，使(shi)場景更(gèng)加逼真(zhēn)。場景攝(shè)影機提(ti)供用戶(hù)自💜定義(yi)視角，通(tong)過攝影(yǐng)機來全(quán)方位的(de)觀察對(dui)象。④關鍵(jiàn)幀動畫(huà)。３丨）ｓＭａｘ中的(de)動畫主(zhǔ)要有關(guān)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(zhen)👄動＿是最(zuì)基⭕本的(de)動畫類(lèi)型。⑤渲染(rǎn)是🈚将三(san)維場景(jing)轉化爲(wei)二維圖(tu)像來對(dui)場景中(zhong)的各種(zhong)效果進(jin)行輸出(chu)。
（２）動畫合(hé)成。①編寫(xie)文字腳(jiǎo)本，然後(hou)采用軟(ruǎn)件ＣｏｏｌＥｄｉｔ制作(zuò)音頻。②字(zì)幕是♋将(jiang)語✉️音内(nèi)容以文(wen)字的形(xíng)式顯示(shì)，幫助觀(guān)衆理解(jiě)内容。
３系(xi)統開發(fā)過程
３．１模(mo)型制作(zuò)
　　模型制(zhi)作。建模(mó)是模型(xíng)制作第(dì)一個環(huan)節，三維(wei)場景中(zhōng)所有要(yào)表現的(de)内容都(dou)要靠模(mo)型來體(ti)現，模型(xíng)的精确(què)與否直(zhi)接影響(xiǎng)到最終(zhong)的表現(xiàn)結果是(shi)否準确(que)。在建模(mo)之前要(yào)先分析(xi)建模對(dui)象，電磁(cí)流量計(ji)外殼主(zhu)要由圓(yuán)柱和長(zhang)方體構(gou)成，采用(yòng)多邊形(xing)建模法(fa)較好。以(yi)螺栓模(mo)型爲例(lì)，首先創(chuang)建一個(gè)圓柱在(zai)修改器(qì)面闆裏(li)設置高(gāo)度、半徑(jìng)，然後圖(tu)形中選(xuǎn)擇樣條(tiáo)線找到(dào)多邊形(xing)，設置多(duo)邊形的(de)邊數爲(wèi)６，半徑大(da)于圓柱(zhu)的半徑(jing)，将多邊(bian)形轉化(hua)爲可編(bian)輯的多(duō)邊形，在(zai)修改器(qi)列表中(zhong)找到擠(ji)出設置(zhì)參數爲(wei)封口類(lèi)型勾選(xuan)始端末(mò)端變形(xíng)，輸出勾(gōu)選網格(ge)。将平面(miàn)六邊行(háng)轉化爲(wèi)可編輯(jí)的網格(ge)，在修改(gai)器列表(biǎo)中選擇(zé)選擇面(miàn)擠出。将(jiāng)做好的(de)六面體(tǐ)與圓柱(zhù)進行在(zài)XY軸平面(miàn)内對齊(qí)，在左視(shi)圖中調(diao)整六面(miàn)體和圓(yuan)柱上表(biao)面的位(wèi)置，然後(hòu)在命令(ling)面闆中(zhōng)樣條線(xiàn)菜單下(xià)選擇螺(luó)旋線色(sè)設置半(ban)徑１和半(ban)徑２的大(da)小、螺旋(xuan)線的高(gāo)度、圈數(shu)和偏移(yí)量，做好(hao)後将其(qi)繞在圓(yuán)柱的周(zhōu)圍代表(biao)螺栓的(de)螺紋。最(zui)後将圓(yuán)柱體、六(liu)邊體和(hé)螺旋線(xiàn)打成組(zǔ)命名爲(wèi)螺栓，其(qi)餘的四(si)個相同(tóng)的螺栓(shuan)直接通(tong)過複制(zhi)粘貼即(ji)可。制作(zuò)好的電(dian)磁流量(liang)計外殼(ké)模型如(rú)圖２所示(shi)。
　　現場(chǎng)拍攝的(de)銘牌照(zhao)片受限(xian)于拍攝(she)角度和(hé)環境摻(chan)🏒雜實驗(yàn)🤩台和健(jian)，麵之前(qian)雜雜進(jin)行賴Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ軟(ruǎn)件中的(de)裁剪工(gōng)具和仿(páng)制圖章(zhang)工具進(jin)行修複(fú)，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(se)彩平衡(heng)，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(xiàng)對比😄圖(tu)見圖３。貼(tie)圖，首先(xiān)将對像(xiàng)轉化爲(wèi)可編❄️輯(ji)的多邊(bian)形，選擇(ze)可編輯(ji)多邊形(xíng)狀态下(xià)選擇編(biān)輯層級(ji)爲多邊(bian)🙇‍♀️形，然後(hòu)選🈲定貼(tiē)圖♻️的面(mian)，在修改(gǎi)器卷展(zhǎn)欄下選(xuan)擇UV坐标(biāo)最後選(xuan)擇UVW貼圖(tu)。打開材(cai)質編輯(ji)器找到(dao)貼圖将(jiāng)貼圖賦(fu)予材質(zhi)球，然後(hòu)将材質(zhi)球指定(ding)給選定(dìng)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(zuo)标修改(gǎi)器修改(gai)貼圖的(de)位置和(he)♊貼圖的(de)大小。

　　燈光(guang)可以照(zhao)亮場景(jing)，使場景(jing)中的對(dui)象産生(sheng)陰影。爲(wèi)了使表(biao)難效果(guo)更加真(zhēn)實，需要(yào)給場景(jǐng)添加燈(dēng)光。使用(yong)攝影棚(peng)機優㊙️點(diǎn)是可以(yi)擺放在(zài)場景中(zhōng)任意位(wèi)置，給用(yong)戶提供(gòng)自定義(yi)的🌈視角(jiao)。在制作(zuo)關鍵頓(dun)動畫時(shí)，采用目(mù)标攝像(xiang)機由遠(yuǎn)及近來(lái)觀察電(dian)磁流量(liàng)計。爲⚽了(le)全方位(wèi)的💞觀察(cha)電磁流(liú)量計的(de)外觀✨，需(xū)要在透(tòu)視👅窗口(kou)下創建(jiàn)一架“自(zi)由攝像(xiang)機🔴”。
　　關鍵(jian)喊動畫(hua)就是指(zhi)制作出(chū)幾個關(guān)鍵時間(jiān)短的場(chang)景，然後(hou)中間♋的(de)動畫由(yóu)計算機(ji)來完成(cheng)。在制作(zuò)電磁🔞流(liu)量計三(san)維動📞畫(hua)的☁️過程(cheng)中，要注(zhu)意物體(tǐ)和攝像(xiàng)機不能(néng)同時移(yi)動，否則(zé)輸出的(de)序列幀(zhēn)中😄會産(chan)生“抖動(dòng)”現象。
　　在(zài)３ＤｓＭａｘ中完成(chéng)的場景(jing)稱爲工(gōng)程文件(jiàn)，隻有對(duì)場景進(jin)行渲🚩染(rǎn)，才🈚能💘将(jiāng)材質、燈(dēng)光及特(te)效表現(xiàn)出來。“默(mo)認掃描(miáo)線渲染(ran)器🙇🏻”是３ＤＳＭａｘ最(zui)基本的(de)渲染器(qì)，渲染速(sù)度快，可(kě)以将場(chǎng)景渲染(ran)成一系(xi)列的水(shui)平線🏃‍♀️，因(yin)此選📞擇(zé)掃描線(xian)渲染器(qi)。在渲染(ran)器輸出(chu)設置對(dui)話框中(zhōng)，公用選(xuan)項欄勾(gōu)選設置(zhi)渲染幀(zhēn)的範圍(wéi)，幀的編(biān)号，渲染(ran)區域選(xuǎn)擇視圖(tú)，輸出大(da)小爲１２８０ｘ９６０。在(zài)默認掃(sao)描線渲(xuan)染器選(xuǎn)項框下(xia)勾選貼(tie)圖、陰🙇‍♀️影(yǐng)和自♊動(dòng)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(he)渲染🛀出(chū)的三維(wéi)模型如(rú)🍓圖４所示(shì)。

３．２動畫合(hé)成
　　腳本(ben)制作。首(shou)先搜集(jí)電磁流(liú)量計資(zī)料，獲取(qǔ)電磁流(liu)量計的(de)🈲結構、特(tè)點和原(yuan)理等信(xìn)息，制作(zuò)文字腳(jiao)本。然後(hòu)采用軟(ruǎn)🈚件ＣｏｏｌＥｄｉｔ将文(wen)字🔆腳本(ben)轉化爲(wei)音頻腳(jiǎo)本，ＷＡＶ音效(xiao)好接近(jin)無損音(yin)樂格式(shi)，将音頻(pin)保存爲(wei)ＷＡＶ格式。
　　Ｐｒｅｍｉｅｒｅ文(wen)字工具(jù)提供了(le)創建清(qing)晰生動(dong)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(xiao)、字體♈，并(bìng)且可以(yi)⛹🏻‍♀️爲文字(zi)創💯建陰(yīn)影和浮(fú)雕效果(guǒ)。本文使(shǐ)用的小(xiǎo)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(yang)式選擇(ze)黑體，字(zì)号爲33點(dian)。
４系統實(shí)現
圖5爲(wei)電磁流(liú)量計三(san)維仿真(zhēn)系統視(shi)頻播放(fàng)組合。
⑴結(jié)構。電磁(cí)流量計(jì)由轉換(huan)器、表體(tǐ)和連接(jie)杆等構(gou)成。轉換(huàn)器☔由電(diàn)極、傳感(gan)器、信号(hào)放大電(diàn)路、外圍(wei)電路、數(shu)據顯不(bú)模塊等(děng)構成；表(biǎo)體和連(lian)接杆由(yóu)轉換器(qi)外殼、支(zhī)架連接(jie)杆、轉換(huàn)器安全(quán)螺栓、表(biao)體機械(xie)結構等(děng)組🔞成。流(liú)量計的(de)測量管(guǎn)是一種(zhǒng)裝有一(yī)對測量(liang)電極的(de)👨‍❤️‍👨内襯絕(jue)緣材料(liào)的非導(dǎo)磁合金(jin)短管，兩(liǎng)隻電極(jí)沿管徑(jìng)方向穿(chuan)過管壁(bi)固定在(zài)測量管(guan)上。其電(diàn)極頭與(yu)襯裏内(nèi)表面基(ji)本齊平(ping)。
（2）測量。由(you)兩方波(bō)脈沖勵(li)磁時，将(jiang)在測量(liàng)管軸線(xian)垂直的(de)🙇🏻方向上(shàng)産🔞生一(yi)磁通量(liang)密度爲(wei)B的工作(zuo)磁場。當(dāng)導♋電流(liu)體平均(jun)流速n（m/s）通(tong)過測🐅量(liang)管，将切(qiē)割磁力(li)線感應(yīng)出電動(dong)勢瓦，其(qi)方向垂(chuí)直于磁(ci)場和流(liu)體的方(fang)向。E正比(bi)于磁通(tōng)量密度(du)B測💚量管(guǎn)内徑d與(yu)平均流(liú)速n的乘(chéng)積。E正比(bi)于磁通(tong)密度B，測(ce)量管✔️内(nei)徑d與平(píng)均流速(sù)n的乘積(jī)👨‍❤️‍👨。E（流量信(xìn)号）由電(dian)🏒極檢出(chu)并通過(guò)電纜送(song)至轉換(huan)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(liang)，并能輸(shū)出脈沖(chòng)，模拟電(diàn)流等信(xìn)号，用于(yú)流量的(de)控制和(he)調節。結(jie)合式（１）￣（３）可(kě)以推導(dao)出流量(liàng)計算式(shi)（4）
E=κBDn　　　　　　（1）
Q=Sn　　　　　　　　（2）
S=pD2/4　　　　　　　（3）
Q=pED/（4κB）　　　　（4）
　　式中：κ爲(wèi)儀表常(cháng)數；E爲電(dian)極間信(xin)号電壓(yā)（V）；B爲磁通(tong)密度（T）；D爲(wèi)⭐測量管(guan)内徑（m）；n爲(wei)平均流(liu)速（m/s）；S爲測(cè)量導管(guǎn)的橫截(jié)面積（m2）。
５結(jié)語
　　采用(yòng)三維可(ke)視化技(jì)術，以電(diàn)磁流量(liang)計爲研(yan)究對象(xiàng)⭐開😄發的(de)電磁流(liu)量計三(sān)維仿真(zhen)系統解(jie)決了自(zi)動檢測(ce)與轉換(huàn)技術課(ke)程教學(xué)中隻聽(tīng)原理不(bu)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(tǒng)👉具有畫(hua)面逼真(zhēn)。聲音清(qīng)晰和使(shi)用簡便(bian)的優點(diǎn)，能夠🔆快(kuai)速掌握(wò)電磁流(liú)量計結(jie)❌構原理(lǐ)。

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