光电式传感器的转速测量实验结果分析 基于光电式传感器的转速测量方法研究

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一、引言

一直以来，作为基础测量变量，转速测量常常贯穿于各大重要领域，起着极其重大的作用。利用红外通信的转速检测设备，远程电机可来不断反馈调整电机转速值，最终稳定在理想范围 [1]。通过声波频率测量法测得离心机运动过程中的固有谐振频率，可以获得离心机转速的具体数值 [2]。利用增量型旋转编码器，结合西门子S7-200 SMART PLC为控制器，可对气动粉碎机转速进行测量 [3]。针对框架陀螺仪对陀螺仪转子角速度在线测量的应用需求，采用霍尔元件作为检测传感器进行了小型化框架陀螺转子角速度在线测量电路设计 [4]。采用数字信号处理器TMS320F28035芯片作为控制核心，以高精度光电编码器为检测元件，设计了基于DSP控制的高精度电机转速测量仪， 达到电机高精度转速测量控制的目的 [5]。

光电式传感器是利用光电效应来检测光线或物体存在的传感器，主要由发光器件和接受器件两个部分组成。发光器件发出光束信号，而接收器检测反射光束信号或者物体遮挡信号来反映实时情况。本文利用光电式传感器通过检测物体上的特定标记或凸轮上的凹槽，并测量通过光源和接收器件之间产生的脉冲数来确定转速。

二、传感器介绍

現有的光电式转速传感器主要分为反射型和透射型，本文所述实验装置是透射型的，传感器件为光电断续器也称光耦。传感器端部二内侧分别装有发光管和光敏管，光源经发光管发出后透过转盘上通孔后由光电管接收转换为电信号。由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时根据获得序列脉冲信号将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，根据转速计算公式ｎ=10f，即可得到转速。

三、检测方法

1）将电压/频率表的切换开关切换到频率2KHz档，在主板上按图2所示接线。

2）检查接线无误后，合上主电源开关，调节1.2-12V电压调节旋钮，用万用表显示1.2-12V输出电压值V0，用电压/频率表显示频率f并填入表中，计算转速为ｎ=10f。结束实验，关闭电源。

3）记录数据，进行相关分析。

四、实验数据及分析

实验数据记录如下：

随着输入电压的增大，实验测得的频率和转速呈现线性增长，符合实验预期。

光电传感器测量转速时转盘上反射（或吸收点）的多少对测速精度有影响；其现有的优势是准确获取信息，测量信号精度高，搭建简易。而其缺点显而易见的是光电编码器体积较大，在器械设备山使用会导致设备笨重，而且光电传感器运行需要较好的周围环境，否则极其容易受环境信号干扰而失效。

五、结论

在本文中，设计了一种光电式的转速测量方法，利用光电测速精度高、接触少的优点，提高了转速测量的精度。

转速测量一直以来都是十分重要的讨论话题，如何更加精准稳定的测量转速也是不断在创新突破的问题关键。转速是许多机械设备和系统运行状态的重要指标，通过检测设备运行是转速的变化情况，可以试试检测系统的运行性能及现场状况，以便实时更新运行方案，确保系统达到最佳状态。同时转速测量可以提供有关设备的性能和健康状态的信息，通过监测转速的变化和波动，可以识别设备的故障模式和潜在问题，从而实施及时的维修和维护措施。这极大的减少了故障发生的可能性，加强了系统运行的稳定性。

参考文献：

[1] 赵秀龙，柯海森，李江. 远程电机转速检测与控制[J]. 电机与控制应用，2011，38（12）：46-48，60.

[2]谢清俊，罗犟，王玮等.一种基于声波的离心机转速测量系统[J].工业计量，2023，33（02）：9-12.

[3] [1]周国良.基于西门子PLC和光电编码器的粉碎机转速测量[J].科技风，2021（25）：100-102.

[4]袁明，倪静，张思仪等.基于霍尔元件的框架陀螺转速测量电路设计与实验[J].航空精密制造技术，2022，58（05）：37-40.

[5]赵小霞.基于DSP的高精度电机转速测量系统的设计[J].南方农机，2020，51（13）：168-170+178.