光电传感器测转速.doc

摘要：本文介绍了一种可模拟发动机转速信号的光电转速传感器检测装置，这种装置主要为开发发动机电控单元ECU时提供转速信号，通过对光电转速传感器信号进行滤波和整形，使处理后的信号转换成标准的方波信号。实验表明，其模拟的转速信号完全能满足发动机电子控制单元的设计需要。关键词：光电转速传感器；信号盘；检测中图分类号：TH822 文献标识码：B 文章编号：1 006883X(2004)11-0029-03一、引言 电控柴油机中，转速不仅仅是发动机的一个简单的工作参数，而且是计算电子控制系统其它参数的依据和控制喷射正时的基准。转速信号是通过转速传感器测量而得的，如果传感器不能稳定地工作，电控系统也就无法正确地控制发动机正常工作。所以，传感器的性能直接关系到电控系统的性能。转速传感器的类型很多，因光电传感器具有线性度好、分辨率高、噪音小和精度高等优点，所以我们选择光电转速传感器来进行转速的检测。二、光电转速传感器原理1 光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。它包含调制光源，由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置，其工作原理如图l所示。 光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当El标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形(u形)光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光轴。三、光电转速传感器检测装置l、转速信号盘信号盘可用一般钢板制成，结构如图2所示，这个信号盘就是发动机实验时所用的信号盘，盘上共有6个齿，其中有1个40的宽齿(作为喷油正时基准信号)，5个20的窄齿：围绕盘中心有4个均匀(相隔90)的孔，两个大孔直径为21ram，另两个小孔直径为106mm，盘中心还有一个直径52mm的中心孔。我们把宽齿齿边与盘中心连线对应的大孔作为特殊孔，它和其它几个孔主要用于在发动机上定位。在这儿用双速电机代替发动机，将信号盘与电机安装在一起，使其随电机转动；传感器固定在支架上，垂直于转速盘，当转速盘旋转时，光电传感器就输出矩形脉冲信号，每6个脉冲对应发动机1个工作循环，每个信号代表1个缸，其中的2个宽脉冲信号配合上止点信号可精确确定上止点的位置。2、检测装置安装此检测装置完全按照发动机上传感器的实际安装位置进行安装。如图3，将信号盘固定在电动机转轴上，光电转速传感器正对着信号盘。光电转速传感器接有4根导线，其中黑线、黄线为电源输入线，红线为信号输出线， 白线为共地线。测量头由光电转速传感器组成，而且测量头两端的距离与信号盘的距离相等。测量用器件封装后，固定装在贴近信号盘的位置，当信号盘转动时，光电元件即可输出正负交替的周期性脉冲信号。信号盘旋转一周产生的脉冲数，等于其上的齿数。因此，脉冲信号的频率大小就反映了信号盘转速的高低。该装置的优点是输出信号的幅值与转速无关，而且可测转速范围大，一般为1rs 10 rs以上，精确度高。如果将此装置外接放大、AD转换和数字显示单元，则可成为数字式转速表。3、信号处理电路的选用2被测物理量经过传感器变换后，往往成为电阻、电流、电压、电感等某种电参数的变化值。为了进行信号的分析、处理、显示和记录，须对信号作放大、运算、分析等处理，这就弓l入了中间变化电路。查阅有关资料结合选用的传感器H42B6相关参数，我们设计了如图4所示的中间变换电路。其中，R1、R4起限流作用，R2起分流作用，R3为输出电阻，CD4093是施密特触发器(四2输入与非门)。当调制盘上的梯形孔旋转至与光电开关的透光位置重合时，触发器输出高电平；当通光孔被遮住时，触发器输出低电平。 四、转速测量原理在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器发生的脉冲个数(即频率)，从而算出实际转速。设固定的测量时间T c(min)，计数器计取的脉冲个数ml，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N (rmin)，则f=pN60； 另在测量时间 内，计取转速传感器输出的脉冲个数ml应为ml= ，所以，当测得ml值时，就可算出实际转速值N=60m 1T c。本检测装置中发动机的转速传感器信号盘安装在曲轴上，工作时传感器输出信号经整形后可得到相应的方波脉冲信号。利用M68HC11单片机的输入捕捉功能，可得到相邻的两个上升沿的时间差，即可算出当前转速N。公式为3:式中，i转速信号盘每转输出信号数；J信号盘转1圈发动机转的圈数(信号盘安装在曲轴上时J=1，装在凸轮轴上则J=2)：T单片机输入捕捉所计算出的相邻两个上升沿之间的时间差值。五、实验结果实验所用三相异步电动机的参数见表1。表1三相异步电动机参数先使电动机的转速为1420rmin，通过观察示波器，得到了如图5(a)所示的波形图；停止