【《电机转速测量系统的硬件设计案例》2900字】

电机转速测量系统的硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u25995电机转速测量系统的硬件设计案例 1268361.1方案论证 1219151.2转速信号测量方法 1245271.3选用转速传感器概述 2292551.3.1光电式转速传感器概述 2326561.3.2磁电式转速传感器概述 3168541.4硬件连接 4215271.5NIELVISIII简介与主要参数 51.1方案论证该电机测速的方法主要使用了LabVIEW与NIELVISIII，通过NIELVISIII将电机的转速信号采集进来，通过LabVIEW中模拟信号输入（AnalogInput）控件采入信号。通过低通滤波器对采样信号进行滤波后得出光电传感器与磁电传感器的波形。再通过信号频谱分析得出其时域、频域信号。得出波形的频率后，计算出电机的转速。测量使用的电机有两种信号输出方式，光电传感器输出信号与磁电传感器输出信号。使用两种方式测量出电机的频率，将两者进行比对分析。硬件选用：=1\*GB3①测试电机（电源支持2-12V的电压值）=2\*GB3②光电传感器与磁电传感器=3\*GB3③信号采集平台：NIElvisIII1.2转速信号测量方法现今国内外电机转速测量方法主要有光反射法、磁电法、光栅法、霍尔开关检测法、离心式转速表检测法等。 1、光反射法光反射法是通过将电机转速信号转动频率与周期提取出来进行测量的一种测速方法。将光电传感器安装在电机转子的转轴上，随着电机的转动，光电传感器也跟着转动。接着需要一个固定光源来持续不断地照射在传感器上，利用光敏元件来接收光源放出的光，形成脉冲信号，在固定时间内对其进行计数，换算成电机转速。2、磁电法在某些高温工业环境下，类似的光电传感器由于较为“脆弱”，不适合在这些特殊环境下使用。所以需要磁电式传感器进行电机测量。磁电式传感器利用电磁感应的远近来进行测量的。当闭合回路中磁通量发生变化时，回路中便会产生电动势，电动势大小与磁通量的变化有关。3、光栅法在电机的转动轴上固定一个圆盘，圆盘上有光槽，在圆盘的两边安装发光装置与接收装置，在电机运转时，接收装置间断地受到光照，产生脉冲信号，在固定时间内对该脉冲进行计数，换算成电机转速。4、霍尔开关检测法霍尔开关检测法利用霍尔开关来检测电机转速。霍尔开关内含有稳压电路、电势发生器、信号放大器以及输出电路。在电机的转轴上固定一块磁铁，在其运动轨迹的边缘设置霍尔开关。在电机转动时霍尔开关间断地感应磁力，产生脉冲信号。即每当磁铁绕过一次霍尔开关，开关便输出一个脉冲信号。计算出固定时间的单位脉冲数，换算为电机转速。5、离心式转速表检测法离心式转速表是通过离心力制成的测速仪器。在测量转速时，将表头插入电机转轴的轴心来直接读出转速。工作原理主要是在离心式转速表在测量转速时，转轴会连带着转速表上的金属重物一同转动，该重物在离心力的作用下便会离开轴心，对转速表产生拉力。转速表受到其拉力后，便会带动表内指针从零刻度线开始移动。当转速表中的离心力与拉力间达到平衡时，则受力平衡，指针停止移动，稳定后则显示刻度值，也就是电机的转速值。离心式转速表也是工业上十分常用的的机械式转速表，在电机、汽车、轮船、飞机等制造业中有很高的认同度。在本次课题中，采用了是光反射法与磁电法，使用光电传感器与磁电传感器将信号输入NIELVIS中转化为模拟信号，再将信号进行分析计算。1.3选用转速传感器概述1.3.1光电式转速传感器概述光电式转速传感器是一种位移传感器，在电机转轴上安装中间带有缝隙的圆盘，电机中需拥有光电器件。在使用光电式转速传感器时，传感器无需与电机有直接接触，且它拥有精度高、分辨率高、可靠性强于响应快的优点，在自动化工程领域中具有广泛的应用。该传感器在大体上分为三种类型：直射式、反射式、投射式。直射式光电传感器：直射式光电传感器由测量圆盘、光敏器件组成。当光源直接照射到测量圆盘上，当中的缝隙会使光源直接照射至光敏器件中，被其所接收，光敏器件将光源转换为电信号输出。在测量圆盘与电机转轮旋转一周时，光敏器件所输出的脉冲数相当于圆盘的缺口数，以此可通过输出的脉冲数来得出电机的转动频率得知电机转速。反射式光电传感器：反射式光电传感器主要有反光贴纸与传感器组成。在测试前，将反光贴纸贴在所测电机的转轮上，可对称地安装多片，能够获得更好的效果。将传感器固定于反光片正上方。开始运转电机后，每当转轮上的反光片经过传感器后，传感器上的输出便会跳变一次。通过跳变频率，即可计算出电机的转速。投射式光电传感器：投射式光电传感器由读数盘、测量盘、光敏器件组成，测量盘与被测电机一同转动，由于读数盘与测量盘之间的间隙相同，所以当电机转动时，测量盘每转过一道缝隙，光敏器件接收到光线的明暗发生一次变化，则输出一次脉冲信号。图2-1光电传感器图2-1中部位1为光敏信号的信号输出部分；2为光源信号的接收器，即光敏二极管；3和4为信号发出部分，为发光二极管；5为遮光板，上有凹糟。由于图中的转盘只有一个凹槽，所以每旋转一次只能产生一次脉冲信号。1.3.2磁电式转速传感器概述磁电式传感器是将电机转速转化为感应电动势进行输出的传感器，将电机转速转换成为线圈中的感应电动势。磁电式传感器利用了电磁感应原理，能够直接将被测电机转速转化为电压值输出，是一种有源传感器。磁电式传感器的工作方式使其拥有了较强的干扰抗性，较光电式传感器来说能够在更加恶劣的环境中工作。该传感器输出信号清晰，能够精确测量大部分的转动器件。1.4硬件连接图2-2测试电机与光电、磁电传感器图2-3电机、传感器与NIELVISIII的连接连线框图如下：图2-4硬件连接框图连线时，将电机与传感器检测技术实验台的0-15V可调电压连接，是电机的启动电压，测试将在5V-15V的范围内进行。在实验电机中（图2-2），电机自带了光电传感器与磁电传感器，将光电传感器的正端与接地接在实验台的5V稳压电源上，保证对光电传感器的供电。另外一个黄色插口是用于光电信号的输出，将其接在NIELVIS的IO端，同样地线也需再次连接至面包板上，使其组成回路。同理，将磁电传感器以同样的方式与面包板连接，但磁电传感器无需电源供电。为了使LabVIEW测出的电机转速能够与电机真实的转速做出比较，所以将光电传感器或磁电传感器再与实验台上的频率/转速表相连接，这样可在实验台上精准测出电机的实时转速。1.5NIELVISIII简介与主要参数在进行连线时，由于NIELVISIII在日常学习中接触次数较少，于是在查询资料后，大致了解了NIELVISIII的用途与参数。ELVISIII是由NI(NationalInstrument)公司推出的集工程与课堂教学为一体的小型实验平台。是一个集成了采集数据、自动化控制、各种工业化仪器使用的平台。在软件控制上，支持LabVIEW、以及Python/C等第三方编程语言。在NIELVISIII面包板的右半面，集成了各种数字测量仪器和嵌入式功能模块。使用者可以在信号输入后对其进行实时监测分析。ELVISIII集成了波特图、示波器、函数发生器、数字信号发生器、可变电源、数字万用表等工业级别的精密仪器。将各种仪器整合与一台小巧的面包板上，只要连接至电脑，就能够完全发挥出其功能。十分适合使用于工业以及课堂学习中。主要参数如下：1.四通道采样率为100MS/s的示波器、15MHz带宽、14bit分辨率1.双通道采样率为100MS/s的信号发生器、15MHz带宽、14bit分辨率3.16通道的LA/PG逻辑分析仪器4.四位半数