紅外光電傳感器在轉(zhuǎn)速測量儀上的應(yīng)用

1、信息科學(xué)紅外光電傳感器在轉(zhuǎn)速測量儀上的應(yīng)用曹澤靜（長江大學(xué)電子信息工程學(xué)院）【摘要】：介紹一種用于轉(zhuǎn)子速度測量的紅外光電轉(zhuǎn)速測量裝置，系統(tǒng)的硬件電路簡單，測量轉(zhuǎn)速范圍較寬，且具有較高的測量精度，對(duì)于低轉(zhuǎn)速的測量也有相當(dāng)高的精度，可用于各行業(yè)轉(zhuǎn)速的非接觸式檢測和控制中。【關(guān)鍵詞】：紅外光電傳感器；轉(zhuǎn)速測量中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）在物理實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)速的測量是一個(gè)很重要也很復(fù)雜的問題。有關(guān)測量轉(zhuǎn)子速度的方法比較多，但要求測量儀器的制造成本低、測量精度高、線性度好的卻很少。介紹一種安裝方便、測量精度高的新型轉(zhuǎn)速測量儀，它的系統(tǒng)硬件電路簡單，測量轉(zhuǎn)速范圍較寬，且具有較高的測量精度，

2、對(duì)于低轉(zhuǎn)速的測量也有相當(dāng)高的精度，可用于各行業(yè)轉(zhuǎn)速的非接觸式檢測和控制中。輸出。選擇比較電平時(shí)，可根據(jù)脈沖信號(hào)的輸出波形，選擇信號(hào)上升沿最陡的地方進(jìn)行二值化處理。該比較電平可以根據(jù)探測器接收到的反射信號(hào)的幅值，自動(dòng)調(diào)節(jié)電平的大小。當(dāng)傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的距離有變化時(shí)，輸出的脈沖幅度將會(huì)有所改變，而比較電平也會(huì)相應(yīng)的改變，保證了信號(hào)整形的正常進(jìn)行，不會(huì)影響到矩形脈沖的輸出。因而，采用該信號(hào)處理方法，可以有效抑制干擾信號(hào)的影響，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。上述矩形脈沖，輸出信號(hào)經(jīng)過由兩個(gè)計(jì)數(shù)器芯片組成的分頻器進(jìn)行分頻后，送到相位比較器的比較信號(hào)輸入端，當(dāng)環(huán)路達(dá)到鎖定后，輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的頻率完全相同，

3、因而輸出信號(hào)的頻率就是輸入信號(hào)頻率的倍，然后將該信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)及求轉(zhuǎn)速的運(yùn)算處理。單片機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)的頻率計(jì)量一般采用兩種方法，一是在固定時(shí)間內(nèi)測量脈沖個(gè)數(shù)，二是測量脈沖周期的方法。第一種方法，對(duì)于較低頻率信號(hào)存在著測量的實(shí)時(shí)性與測量準(zhǔn)確度之間的矛盾。要想提高測量準(zhǔn)確度，必須增加測量脈沖個(gè)數(shù)，導(dǎo)致測量時(shí)間過長，不能應(yīng)用于實(shí)際測量過程。第二種方法適宜于測量低頻信號(hào)，但對(duì)于高頻脈沖信號(hào)測量精度相對(duì)要低。利用單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，采用測量脈沖個(gè)數(shù)和測量脈沖周期相結(jié)合的方法，可以達(dá)到轉(zhuǎn)速測量的實(shí)時(shí)性，并能在較寬的頻率范圍內(nèi)獲得高準(zhǔn)確度的測速值。測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)速測量儀由紅外光

4、電傳感器和信號(hào)處理電路、單片機(jī)以及數(shù)字顯示部分組成。其工作過程如下：當(dāng)齒盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于輪齒的遮擋，紅外發(fā)射管與接收管之間的紅外線光路時(shí)斷時(shí)續(xù)，信號(hào)處理電路將此變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，一個(gè)脈沖信號(hào)即表示齒盤轉(zhuǎn)過一個(gè)齒。單片機(jī)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)通過其內(nèi)部的計(jì)時(shí)器對(duì)接收一定數(shù)目的脈沖計(jì)時(shí)，根據(jù)脈沖數(shù)目及所用時(shí)間就可計(jì)算出齒盤的轉(zhuǎn)速，最后通過數(shù)字顯示部分將轉(zhuǎn)速顯示出來。如下圖：數(shù)字顯示部分紅外線發(fā)射管發(fā)射的紅外線未被輪齒擋住時(shí)，接收管受紅外線照射呈導(dǎo)通狀態(tài)，經(jīng)反相器輸入到單片機(jī)中斷端口的電壓為高電平，不產(chǎn)生中斷；而當(dāng)紅外線發(fā)射管發(fā)射的紅外線被輪齒擋住時(shí)，接收管不受紅外線照射則呈截止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)反相

5、器輸入到單片機(jī)中斷端口的電壓跳變?yōu)榈碗娖?。從而激活中斷程序?qū)γ}沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)數(shù)需要與計(jì)時(shí)同步，紅外光電傳感器紅外光電傳感器利用高靈敏度的光電探測器作為檢測元件，包括光學(xué)成像系統(tǒng)及前置放大電路兩部分。所以需要在產(chǎn)生第一次紅外光被擋住時(shí)（紅外光被擋住時(shí)，反之），也即中斷口電位由高變低時(shí)打開定時(shí)器。從初始時(shí)刻開始，計(jì)數(shù)器作為對(duì)光電傳感器輸出的脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器作為定時(shí)器對(duì)基準(zhǔn)振蕩周期同時(shí)計(jì)數(shù)，到達(dá)預(yù)定的測速時(shí)間時(shí)，單片機(jī)應(yīng)發(fā)出停止計(jì)數(shù)指令，由于此時(shí)光電傳感器輸出的脈沖不一定恰好是在整個(gè)周期處，所以計(jì)數(shù)器仍然對(duì)機(jī)器基準(zhǔn)周期繼續(xù)計(jì)數(shù)一段時(shí)間，直到下一個(gè)脈沖信號(hào)的上升沿時(shí)停止計(jì)數(shù)器的（）工作，這時(shí)計(jì)數(shù)器

6、的計(jì)數(shù)值與的計(jì)數(shù)時(shí)間（）之比即為要測量的轉(zhuǎn)速大小。轉(zhuǎn)速為：（）。光學(xué)成像系統(tǒng)紅外光電傳感器發(fā)出的光，聚焦到被測的旋轉(zhuǎn)軸上，光由轉(zhuǎn)軸反射后，再聚焦到傳感器光電探測器的光敏面上。聚焦在旋轉(zhuǎn)軸上的光斑的大小直接影響到測量的靈敏度，在旋轉(zhuǎn)速度一定時(shí)如果光斑比較小，那么光斑渡越矩形反射區(qū)間的時(shí)間很快，反應(yīng)到脈沖波形上，上升沿將會(huì)比較陡。如果光斑比較大，那么光斑渡越矩形反射區(qū)間的時(shí)間相對(duì)慢一些，因而其輸出的脈沖信號(hào)的上升沿將會(huì)有一定的坡度。對(duì)于頻率測量來說，脈沖信號(hào)的上升沿越陡，頻率測量分辨率越高。結(jié)論該方法結(jié)構(gòu)比較簡單，安裝也比較方便。檢測轉(zhuǎn)速時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)軸沒有太多的要求，只要在旋轉(zhuǎn)軸上粘貼一高反射率的矩形

7、鋁箔，轉(zhuǎn)軸表面的反射率明顯低于矩形鋁箔即可進(jìn)行測量。測量轉(zhuǎn)速比較方便，精度也比較高，實(shí)時(shí)性較好，可以應(yīng)用在多數(shù)轉(zhuǎn)軸速度測量的場合。參考文獻(xiàn)前置放大電路選用的探測器件是高靈敏度的光電二極管探測器，其敏感波長恰在附近。轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，每轉(zhuǎn)到高反射的矩形鋁箔處，光電探測器就輸出一脈沖信號(hào)。通過交流放大，將該脈沖信號(hào)放大到一定幅度。由于測速儀經(jīng)常工作于車間生產(chǎn)現(xiàn)場，空間電磁干擾很大，為了有效避免干擾的影響，選用貼片式的運(yùn)放器件，將前置放大電路和光電二極管做在一起，并封裝在光電傳感器探頭內(nèi)部。信號(hào)處理電路信號(hào)處理系統(tǒng)由脈沖整形處理及倍頻電路，單片機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)等幾部分組成。由于受周圍環(huán)境，光電探測器距轉(zhuǎn)軸的距離等因素的影響，運(yùn)放輸出的電信號(hào)的幅度將會(huì)呈現(xiàn)出起伏變化。在信號(hào)整形處理電路中，如果采用固定電平的辦法對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行整形處理，將可能影響整形信號(hào)的李慶祥，徐端頤實(shí)用光電技術(shù)北京：中國計(jì)量出版社，鮑鴻，劉明建