光电式速度传感器文献综述.doc

重庆理工大学毕业论文 文献综述 基于单片机的电子车速里程表设计 光电式速度传感器介绍 摘要： 现代自动控制系统中速度是一个非常重要的工作参数，同时也是其他计算电子控制系统来控制其他参数的一个重要基准。由此现在对速度转速精确检测显得十分重要，而采用光电式速度传感器来作为这方面的检测具有某些传感器不可替代的优势。介绍了光电传感器在测速领域国内外发展历史与现状、简单概述与检测原理、波形整形电路、光电式速度传感器的测速优越性和以及应用未来发展趋势。关键字 光电式速度传感器；原理；发展 Photoelectric speed sensor is introducedAbstract:Modern automatic control system speed is a very important work parameters, but also other calculation electronic control system to control other parameter of an important benchmark thus now for the speed speed accurate testing is very important, and use photoelectric sensor to speed as the detection have some sensor irreplaceable advantage introduced the photoelectric sensor speed field in the domestic and foreign development history and current situation of the paper summarizes and simple detection principle of photoelectric speed sensor speed of superiority and the future development trends and application field.Key words hotoelectric speed sensor；principle； development0 引言 随着现代科学技术的高速发展，检测技术与光电子技术的发展带动了光电式传感器的研究与广泛应用。用光电元件作敏感元件的光电传感器，其种类繁多，用途广泛。按光电传感器的输出量性质可分为两类：一是把被测量转换成连续变化的光电流而制成的光电测量仪器，可用来测量光的强度以及物体的温度、透光能力、位移及表面状态等物理量；二是把被测量转换成继续变化的光电流。利用光电元件在受光照或无光照射时 有 或无电信号输出的特性制成的各种光电自动装置，光电元件用作开关式光电转换元件。例如光电式速度传感器；由于光电式速度传感器能够测量速度、加速度以及加速度等多种物理量。同时具有非接触、结构紧凑、抗干扰性好、测量能力好等优点在现代速度测量中广泛应用。1 国内外光电式速度传感器发展的状况 随着现代军事、工业生产以及民用自动化设备越来越多，需要检测速度的速度的设备应用也越来越广泛，这也推动了速度传感器的研究与发展。比如直流测速机和光电式速度传感器、磁电式速度传感器以及霍尔速度传感器。其中由于光电式速度传感器的具有众多优点在现代设备中广泛应用。美国是研究光电传感器起步最早、水平最高的国家之一，在军事和民用领域的应用发展得十分迅速。美国的邦纳公司拥有世界最健全的光电传感器产品线。并且拥有行业内最齐全的标准光纤和定制光纤产品。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光电传感器的研究与开发。20 世纪90 年代，由东芝、日本电气等15 家公司和研究机构，研究开发出多种具有一流水平的民用光电传感器，日本的电器产品以价格适中质量好而响誉全球。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光电传感器的研发和市场竞争。由于光电式传感器在现代工业占据着重要位置，所以我国在这一块涉及得也比较早，目前国内应该有上百个单位在光电技术与检测方面展开研究了。到现在为止，光电技术应用在检测上已经非常全面了，特别是应用在速度、加速度、位移等检测上。目前转速检测对于自动化生产以及汽车控制等方面有着重要作用，同时对转速检测要求精度和稳定性方面越来越高，这也加强了对光电传感器在转速领域的研究。2 光电式速度传感器概述 光电式速度传感器将速度的变化转变成光通量的变化，在通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量变化，光电转换元件的工作原理是光电效应。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应可以分为三部分外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。2.1速度检测的原理 它是由装在轴上的带孔或缝隙的旋转盘，光源，光接收器等组成，输入轴与被测轴相连接。光源发出的光通过缝隙旋转盘照射到光敏器件上，使光敏器件感光并产生电脉冲。转轴连续转动，光敏器件就输出一系列与转速及带缝隙旋转盘上缝隙数成正比的电脉冲数。在指示缝隙数一定的情况下，该脉冲数和转速成正比。 光电式速度传感器原理图 左图 光线被遮住，接收器无信号 右图 光线未被遮住，接收器有信号当带缝隙的旋转盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的相同，因此带缝隙旋转盘每转一周，光敏器件输出与之相等的电脉冲，根据测量时间内的脉冲数N就可测出测速为 n=60N/Zt，式中，Z为带缝隙旋转盘上的缝隙数：n为转速。2.2 脉冲信号调理电路由光电传感器输出的电信号一般还要经过相应放大和整形调理电路处理以达到一般数字电路能识别的矩形脉冲。采用施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。同时该触发器具有脉冲幅度鉴别且具有很好的抗干扰性。下图为输入输出整形电路； 整形输入输出电路上图可知通过施密特触发器输出的波形具有很好的方波脉冲特性，所以经过放大整形电路后信号再传给频率计或者单片机内部的计数器通过一系列的数据运算就可以求得速度参数值了。 2.3 光电式传感器速度检测的优越特性2.3.1 光电速度传感器为非接触式转速表 光电速度传感器采用光学原理制造，属于非接触式速度测量仪表，它的测量距离一般可达200mm左右。光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电速度传感器的测量误差更小，精度更高。2.3.2 光电速度传感器的结构紧凑 光电速度传感器的结构紧凑，主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成，因此光电速度传感器的体积设计小巧、内部结构精致，非常便于使用者的携带、安装和使用。2.3.3 光电速度传感器的抗干扰性好 光电速度传感器多采用LED作为光线投射部件，极少会出现光线停顿的情况，也不会存在灯泡烧毁等故障危险。另外，光电速度传感器的光源都是经过特殊方式调制的，有极强的抗干扰能力，不会受普通光线的干扰。2.3.4 光电速度传感器的测量能力好 光电速度传感器的可采用光纤封装，可于测量微小的物体，特别是微小旋转体的测量，特别适用于高精密、小元件的机械设备测量。光电速度传感器的运行稳定，有良好的可靠性，测量的精度较高，能满足使用者的测量要求。3 光电式速度传感器应用及发展前景 光电速度传感器由于非接触、性能高等优点，在测量速度时对被测物体损害小，所以其在测量领域有着举足轻重的地位。比如现在很多电动车以及汽车都是采用光电来检测当前的行驶速度，从而及时通过显示器很直观显示给用户。其实车速传感器种类很多，但是当车速高于100km/h时，一般其他传感器测量的方法误差较大，需采用非接触式光电速度传感器，测速范围0.5250km/h，重复精度0.1%，距离测量误差优于0.3%。除了汽车速度里程表会涉及到光电式速度传感器，汽车发动机也会用到传感器。近年来生产的DF4型机车都采用光电式速度传感器代测速交流电机轴光电式速度传感器产生信号供列车监控记录装置，轴产生的速度信号供机车双针速度表、励磁调节器、轮缘涂油器。这主要是因为光电式速度检测具有高精度、抗震动和检修方便等优点。现代工业生产自动化设备越来越多，其中多电机的检测也十分普遍，其中用光电式传感器对电机以及柴油机的转速检测也十分常见，现在很多电控柴油机的转速参数检测看重此传感器的线性度好、分辨率高、噪音小等优点而被选用。同时光电速度传感器还和其他系统相互组成发展新兴的产品设备，现在采用光电式速度传感器和数据预处理电路及微机多路数据采集系统组成的车辆道路性能检测器，可以为交通部门提供方便、便捷、准确、高效的车辆外场路面行驶性能检测和新型车辆性能测试，是一种先进的车辆性能虚拟测试系统。它不仅能测量速度，也可以检测加速度，距离、车辆制动等多种性能。且这种仪器经过使用，具有测量速度快、精确、功能扩展性好、性价比高、能够适用各种机动车辆性能测量。同时，光电式非接触传感器还可以测量钢板、编织等连续运动目标的高精度测速度和测长。 在高速发展社会，人们对各类控制装置技术要求越来越高。由于现在自动化程度、光电技术以及传感器检测技术迅速发展，加上现在对速度检测也愈发重要。这就推动了光电式速度检测的研究与发展了。目前光电式速度传感器除了传统意义上的速度检测还主要朝着多用途、新型传感器材料、创新传感技术的开发、应对恶劣环境条件下工作如高温、高压等；还有低成本传感器的开发以及传感器与其他微技术相结合应用的发展。所以，以后不管是速度检测还是其他物理量检测的光电式传感器以后发展前景非常好，应用将更加广泛。4 总结 纵观光电技术与传感器检测技术的研究发展史，先是美国日本的研究后来带动了我们国内的研究。光电式速度传感器检测的原理简单，典型的是数脉冲测量法，并且具有一定优势特点，所以现在我们可以看到光电式速度传感器的应用广泛，特别是汽车、电机的速度参数检测。所以日后光电式速度传感器不仅仅是传统意义上的速度检测，传感器与其他微电系统的相结合应用将得到更大提升，发展出新的设备产品，技术也将更加全面。5 参考文献1吴绍琳.孙祖达. 检测与转换技术M. 西安：西安交通大学出版社， 1990.2 李希文.赵建.李智奇.