课程设计---应用光电传感器测量转速

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1、光电传感器测量转速光电传感器测量转速 一、一、 概述概述 在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电 动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连 续测量和显示其转速及瞬时转速。 目前国内外测量电机转速的方法有很多， 按 照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或 者电机电枢电动势计算所得)、 同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及 计数测速法。 计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。 其 中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精 度的优点。加之激光光源、光栅、光学码盘、C

2、CD 器件、光导纤维等的相继 出现和成功应用， 使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。 而采 用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、 采样速度快、 测量范围宽和 测量精度与被测转速无关等优点， 具有广阔的应用前景。 这次设计的内容包含 了多个方面， 从脉冲信号的产生模块、 脉冲信号的处理模块和转速的显示模块 三个模块入手，全面锻炼了我们信号采集，处理和分析的工作能力。 二、二、 选用器材选用器材 AT89C51 单片机，4 位数码管，9013 三极管 4 个，9014 三极管一个，按钮 一个，12M 晶振 1 个，30pF 电容 3 个，180、3.3K、4.7K、20K、10

3、K 欧电阻各 1 个，马达 1 个，光电门一个。 三、转速测量系统的原理三、转速测量系统的原理 1、转速测量方法 转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数，其大小及变化 往往意味着机器设备运转的正常与否，因此，转速测量一直是工业领域的一 个重要问题。按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速 表)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速 法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机 和光电传感器组成的高精度转速测量系统，其转速测量方法采用的就是电子 装 订 线 式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的

4、频率进行测 量。在频率的工程测量中，电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： （1）测频率法 在一定时间间隔 t 内，计数被测信号的重复变化次数 N，则被测信号的 频率 fx 可表示为 f x =Nt （2）测周期法 在被测信号的一个周期内，计数时钟脉冲数 m0，则被测信号频率 fx = fc/ m0 其中，fc 为时钟脉冲信号频率。 （3）多周期测频法 在被测信号 m1 个周期内，计数时钟脉冲数 m2，从而得到被测信号频率 fx，则 fx 可以表示为 fx =m1 fcm2，m1 由测量准确度确定。 电子式定时计数法测量频率时，其测量准确度主要由两项误差来决定： 一项是时基误差；另一项是量化

5、1 误差。当时基误差小于量化1 误差一 个或两个数量级时，这时测量准确度主要由量化1 误差来确定。对于测频 率法，测量相对误差为： Er1 =测量误差值实际测量值100 % =1N100 % 由此可见，被测信号频率越高，N 越大，Er1 就越小，所以测频率法适 用于高频信号(高转速信号) 的测量。对于测周期法，测量相对误差为： Er2 =测量误差值实际测量值100 % =1m0100 % 对于给定的时钟脉冲 fc，当被测信号频率越低时，m0 越大，Er2 就越小， 所以测周期法适用于低频信号(低转速信号)的测量。对于多周期测频法，测 量相对误差为： Er3 =测量误差值实际测量值 100%=1

6、m2100 % 从上式可知，被测脉冲信号周期数 m1 越大，m2 就越大，则测量精度就 越高。它适用于高、低频信号(高、低转速信号)的测量。但随着精度和频率 的提高，采样周期将大大延长，并且判断 m1 也要延长采样周期，不适合实 时测量。 根据以上的讨论，考虑到实际应用中需要测量的转速范围很宽，上述的 转速测量方法难以满足要求，因此，研究高精度的转速测量方法，以同时适 用于高、低转速信号的测量，不仅具有重要的理论意义，也是实际生产中的 需要。 2、转速测量原理 一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有 60 齿的测速齿盘， 用 变磁阻式或电涡流式传感器获得一转 60 倍转速脉冲， 再用测频的办法实现转 速测量。而临时性转速测量系统，多采用光电传感器，从转轴上预先粘贴的 一个标志上获得一转一个转速脉冲，随后利用电子倍频器和测频方法实现转