红外光电传感器在转速测量仪上的应用

1、信息科学红外光电传感器在转速测量仪上的应用曹泽静（长江大学电子信息工程学院）【摘要】：介绍一种用于转子速度测量的红外光电转速测量装置，系统的硬件电路简单，测量转速范围较宽，且具有较高的测量精度，对于低转速的测量也有相当高的精度，可用于各行业转速的非接触式检测和控制中。【关键词】：红外光电传感器；转速测量中图分类号：文献标识码：文章编号：（）在物理实验和工业生产中，转速的测量是一个很重要也很复杂的问题。有关测量转子速度的方法比较多，但要求测量仪器的制造成本低、测量精度高、线性度好的却很少。介绍一种安装方便、测量精度高的新型转速测量仪，它的系统硬件电路简单，测量转速范围较宽，且具有较高的测量精度，

2、对于低转速的测量也有相当高的精度，可用于各行业转速的非接触式检测和控制中。输出。选择比较电平时，可根据脉冲信号的输出波形，选择信号上升沿最陡的地方进行二值化处理。该比较电平可以根据探测器接收到的反射信号的幅值，自动调节电平的大小。当传感器与转轴之间的距离有变化时，输出的脉冲幅度将会有所改变，而比较电平也会相应的改变，保证了信号整形的正常进行，不会影响到矩形脉冲的输出。因而，采用该信号处理方法，可以有效抑制干扰信号的影响，增加系统的稳定性和可靠性。上述矩形脉冲，输出信号经过由两个计数器芯片组成的分频器进行分频后，送到相位比较器的比较信号输入端，当环路达到锁定后，输入信号和反馈信号的频率完全相同，

3、因而输出信号的频率就是输入信号频率的倍，然后将该信号送入单片机进行计数及求转速的运算处理。单片机信号处理系统对脉冲信号的频率计量一般采用两种方法，一是在固定时间内测量脉冲个数，二是测量脉冲周期的方法。第一种方法，对于较低频率信号存在着测量的实时性与测量准确度之间的矛盾。要想提高测量准确度，必须增加测量脉冲个数，导致测量时间过长，不能应用于实际测量过程。第二种方法适宜于测量低频信号，但对于高频脉冲信号测量精度相对要低。利用单片机的两个定时计数器，采用测量脉冲个数和测量脉冲周期相结合的方法，可以达到转速测量的实时性，并能在较宽的频率范围内获得高准确度的测速值。测试系统结构设计光电转速测量仪由红外光

4、电传感器和信号处理电路、单片机以及数字显示部分组成。其工作过程如下：当齿盘旋转时，由于轮齿的遮挡，红外发射管与接收管之间的红外线光路时断时续，信号处理电路将此变化的光信号转换为电脉冲信号，一个脉冲信号即表示齿盘转过一个齿。单片机对脉冲进行计数，同时通过其内部的计时器对接收一定数目的脉冲计时，根据脉冲数目及所用时间就可计算出齿盘的转速，最后通过数字显示部分将转速显示出来。如下图：数字显示部分红外线发射管发射的红外线未被轮齿挡住时，接收管受红外线照射呈导通状态，经反相器输入到单片机中断端口的电压为高电平，不产生中断；而当红外线发射管发射的红外线被轮齿挡住时，接收管不受红外线照射则呈截止状态，经反相

5、器输入到单片机中断端口的电压跳变为低电平。从而激活中断程序对脉冲进行计数。由于计数需要与计时同步，红外光电传感器红外光电传感器利用高灵敏度的光电探测器作为检测元件，包括光学成像系统及前置放大电路两部分。所以需要在产生第一次红外光被挡住时（红外光被挡住时，反之），也即中断口电位由高变低时打开定时器。从初始时刻开始，计数器作为对光电传感器输出的脉冲计数，计数器作为定时器对基准振荡周期同时计数，到达预定的测速时间时，单片机应发出停止计数指令，由于此时光电传感器输出的脉冲不一定恰好是在整个周期处，所以计数器仍然对机器基准周期继续计数一段时间，直到下一个脉冲信号的上升沿时停止计数器的（）工作，这时计数器

6、的计数值与的计数时间（）之比即为要测量的转速大小。转速为：（）。光学成像系统红外光电传感器发出的光，聚焦到被测的旋转轴上，光由转轴反射后，再聚焦到传感器光电探测器的光敏面上。聚焦在旋转轴上的光斑的大小直接影响到测量的灵敏度，在旋转速度一定时如果光斑比较小，那么光斑渡越矩形反射区间的时间很快，反应到脉冲波形上，上升沿将会比较陡。如果光斑比较大，那么光斑渡越矩形反射区间的时间相对慢一些，因而其输出的脉冲信号的上升沿将会有一定的坡度。对于频率测量来说，脉冲信号的上升沿越陡，频率测量分辨率越高。结论该方法结构比较简单，安装也比较方便。检测转速时，对转轴没有太多的要求，只要在旋转轴上粘贴一高反射率的矩形

7、铝箔，转轴表面的反射率明显低于矩形铝箔即可进行测量。测量转速比较方便，精度也比较高，实时性较好，可以应用在多数转轴速度测量的场合。参考文献前置放大电路选用的探测器件是高灵敏度的光电二极管探测器，其敏感波长恰在附近。转轴旋转时，每转到高反射的矩形铝箔处，光电探测器就输出一脉冲信号。通过交流放大，将该脉冲信号放大到一定幅度。由于测速仪经常工作于车间生产现场，空间电磁干扰很大，为了有效避免干扰的影响，选用贴片式的运放器件，将前置放大电路和光电二极管做在一起，并封装在光电传感器探头内部。信号处理电路信号处理系统由脉冲整形处理及倍频电路，单片机信号处理系统等几部分组成。由于受周围环境，光电探测器距转轴的距离等因素的影响，运放输出的电信号的幅度将会呈现出起伏变化。在信号整形处理电路中，如果采用固定电平的办法对脉冲信号进行整形处理，将可能影响整形信号的李庆祥，徐端颐实用光电技术北京：中国计量出版社，鲍鸿，刘明建