转速是用单位时间内的转数表示的，通常采用１ｍｉｎ内的转数作为单位，符号为ｒ／ｍｉｎ；角速度用１ｓ内转过的弧度作单位，符号为ｒａｄ／ｓ。
测试转速的方法很多，根据其工作原理，可分为计数式、模拟式和同步式三大类。计数式方法是用某种方法读出一定时间内的总转数；模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量（如离心力、电机的输出电压）的变化；同步式方法是利用已知频率的闪光与旋转体的旋转同步来测试转速。根据转速转换方式的不同，测试方法如表７．１所示。
一般转速的测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及用日光灯频闪法测速，但这些方法不能满足进一步的要求。例如，对电机过渡过程的研究，需要测试瞬时转速；在微特电机的研究中还要研究转速的稳定度等。这就要求通过各种传感器将转速变换为电量，然后再用模拟或数字方式显示，有的还要用微型计算机进行控制、检测及运算。
表７．１转速测试方法分类
一、电子计数式测速https://www.doczj.com/doc/0b8755796.html,/article/show-2354.htm
数字式测速是发展十分迅速的一种测速方法，测试结果直接以数字显示，它有如下特点：
（１）读数准确，消除了一般指针式仪表的刻度误差和视觉差。
（２）测试范围宽、精度高、速度快、显示字迹清晰。
（３）可进行瞬时转速的测试。一般瞬时角速度，当Δθ（或Δｔ）取得极小时，常称Δθ Δｔ为瞬时角速度。
由于转速与频率具有共同的量纲［Ｔ－１］，因此可以利用测频率或测周期的方法得到转速。采用电子计数式频率计，配以转速传感器即可构成电子计数式转速表。为提高测试的准确度，一般对高、中转速采用测频法，对于低转速采用测周法。
测频法是测量转速传感器所发出电信号频率的方法，即测量标准单位时间内电脉冲数。测周法是定角测时，即用时标填充的方法测相当于某一旋转角度的时间间隔，测周法可以在较短时间内获得较高的准确度和分辨率。这两类方法交替使用，相互补充，可以展宽测试范围，提高测试准确度。其原理及测试误差分析已在第六章讨论过，不再赘述。
１．测频法（或称Ｍ法）测速
（１）数字式电子转速表。数字式频率计的数字显示值与转速间的关系为
为便于直接读出转速值，须使Ｎ１＝ｎ，则应满足ｚｔ１＝６０的条件。当传感器每转发出的脉冲数为６０及主闸门开启测定的标准时间为１ｓ，则计数器计的脉冲数就是旋转体每分种的转数。可见，ｚ的数值最好是６０或６０的整倍数。
为了减小数字式仪器±１个字的量化误差（即由于最小计数单位限制引起的误差）对测量准确度的影响，应使测量值远大于最小计数单位。对于数字式电子转速表来说，即要求计数值Ｎ１较大。当测定时间ｔ１选定后（一般不应过长，以保证测量条件不变与迅速、及时地完成测量任务），只有所测转速ｎ较高或旋转体每转一周传感器发出的脉冲数ｚ较多，才能使Ｎ１较大（而对于同样的ｚ，当ｎ大时，测量值Ｎ１会更大）。这说明Ｍ法适于测量较高的转速。
传感器每转输出的脉冲数越多，测定的时间越短，则所测的转速越接近瞬时速度。将每次测定时间ｔ１所测得的脉冲数存入小型计算机，根据两个相邻测定时向（ｔ１）１和（ｔ１）２（例如各为２ｍｓ）的脉冲数Ｎ１及Ｎ′１，即可算出其角速度
二、瞬态转速测试
１．概述
电机瞬时转速测量主要包括两项内容：一是电机启动或停止时的转速变化情况，即电机转速的暂态过程。测试它的暂态过程，对于合理设计电机参数及控制系统的结构显得尤为重要。二是电机在稳态运行中角速度微小的变化情况，即电机转速的脉动程度，以确定电机转速的不稳定度。对电机转速不稳定度的测试，在卫星、导弹等制导系统中，在资源探测、传真、录音、录像以及一些近代工艺设备中，同样显得十分重要，因为在这些系统和设备中，都有转速非常稳定的电动机作为执行元件或恒速驱动元件。这些设备不仅要求电动机转速长期不变，而且要求它每一转中的角速度波动极小。
虽然工程上一直很需要测试电动机的瞬态转速，但只是在近几年才比较好地实现了这种测试。因为电动机启动、停止时间很短，一般只有若干毫秒到几百毫秒，电动机转一圈的时间很短，有的仅几百毫秒。在这么短的时间内，要准确测出其转速变化情况，困难很大。用常规的仪器和测试方法，固然不行，即使用光电数字显示测速仪器，其采样频率也不高，而且人的视觉反映很慢，无法看清暂态测试过程中迅速变化的数字。近年来，随着计算机（特别是微型计算机）在各个领域的广泛应用，才使现代化瞬态测试技术得到迅速发展。
２．原理和方法
电机的瞬时角速度，实际上它就是电机在极小的Δｔ时间内的平均角速度。Δθ（或Δｔ）取得越小，则测得的转速越接近瞬时转速，所以理论上讲Δθ（或Δｔ）应越小越好。
瞬态转速的测试同样有两种测试方法：一是测周法（定角测时法），即用标准时间脉冲来度量转过Δθ所需的时间Δｔｉ；另一种是测频法（定时测角法），即在确定的很短的时间Δｔ内，测电机转过的Δθｉ。由于Δθ分割得太小，工艺上较复杂、较困难，成本也高，因此目前采用测周法的比较多。为了反映电机角速度变化曲线，每转一周测试的点数必须足够多，按采样定理，测试密度（每转一周的测试点数）至少也要大于一周中速度变化最高频率的２倍。实际上采样频率要高于电机角速度变化频率的十几倍。
在瞬时转速测试中，需要Δθ角度传感器。理想的角度传感器应是与被测电机之间无接触（或是没有惯量加到被测电机上），另外应准确，角度分辨率高。已获得广泛应用的光学玻璃圆光栅、金属光栅等是比较好的角度传感器。此外，图７．４所示也是在瞬时转速测试中被采用的一种多齿电容角度传感器，它具有准确度高、惯量小、使用方便、工作可靠及制造工艺简单等优点。
三、激光测转速
由于激光是一种高亮度、低发散角的单色相干光源，因此它给古老的经典光学及传统的测试技术带来了深刻变化。激光测转速是一种非接触式光学测试，对被测体无扰动，不受环境条件限制，可实现远距离遥控测量，可提高测试准确度，扩大测试范围。这是采用激光技术后，转速测试技术发展的一个明显特点。
目前常见的非接触式转速测试仪，除了电磁式以外，主要是光电计数式和闪光式转速表。把激光转速仪与这两者作比较，激光转速仪有三个独特优点：一是工作距离可远达１０ｍ；二是当被测物体除旋转外，还在振动或回转进动时，只有激光转速仪能测这些处于特殊状态物体的转速，且操作简单、读数可靠；三是抗干扰能力强。例如，正在摇头回转的台式风扇的转速，除了激光转速仪外，其他转速仪都难以测试。由于激光具有惊人的亮度，可以用它测试玻璃罩壳内旋转物体的转速，如各种风洞内正在进行吹风试验的模型的转速，甚至有可能测试正在水中旋转的螺旋桨的转速。激光传感器获得旋转物体转速信息的原理如图７．６所示。图中氦氖激光器以连续方式工作，管内混合气体一旦被高压电源所激励，它就在光学谐振腔的输出端发射出波长为６３２８×１０－１０ｍ的红色光束。激光穿过半反射镜片后，５０％光强的透射激束继续沿原来入射方向前进，经过由透镜Ｌ１和Ｌ２组成的发射光学系统后，聚焦在旋转体Ｔ的表面，而余下的５０％光强的光束与主光轴成９０°反射。在旋转体表面贴有一小块定向反射材料Ｓ（简称反射纸），物体转动而激光束不动。当未贴反射纸的表面被激光照射时，产生无固定方向的漫散射，能沿发射光轴返回镜筒的光束极其微弱。因此激光传感器没有感受到任何信息。当旋转体旋转到反射纸被激光束照射位置时，由于反射纸对于入射的平行光束具有定向反射回归特性，有一部分激光束沿发射光轴原路返回，进入发射镜筒后，经透镜Ｌ１和Ｌ２聚焦在半透半反射镜片Ｈ上。一半光强的光线穿过Ｈ，而另一半则被反射。由于Ｈ与主光轴夹角为４５°，因此，反射光线与主光轴垂直，并被光电三极管Ｐ前面的透镜Ｌ３会聚在Ｐ上。于是，物体旋转一周，反射纸就被激光束照射一次，Ｐ就接收到一个激光脉冲，便产生一个电脉冲，物体不停地转动，Ｐ就输出一系列电脉冲，这就是激光传感器所检测的转速信号。
激光转速仪信号处理部分的原理框图如图７．７所示。来自激光传感器频率为ｆ０的转速脉冲，经放大整型后输入６０倍乘电路，经６０倍乘后的转速脉冲被送到门控计数电路控制门的一个输入端，另一个输入端则由时基信号方波控制。时基信号频率为１Ｈｚ（由石英晶体振荡器产生并经分频后得到），主控门的关启由时基信号严格控制，在控制门开启时间内对转速脉冲进行计数测频。５位十进制计数器完成对转速脉冲的计数译码，将计数结果送到数码显示器，以５位数字直接显示旋转体每分钟的转数。
四、转速测量新方法
转速常规测量有频率法和周期法两种方法。频率法适合于中高速测量，转速越低误差会越大；周期法适合于低速测量，转速越高误差越大。随着新型传感器的出现及计算机技术的发展，转速测量方法与实现也得到了改进，出现了无传感器转速测量、双频激光干涉转速测量、光纤式转速测量等新方法。
１．无传感器转速测量
在电机模型中转速是一个重要的物理量。串励电机含有电刷和换相片，电枢绕组线圈的换相过程会使绕组电流波形产生畸变，这种畸变的大小与换相电势、换相电流的大小相关，而其频率则与电机转速直接相关，其瞬时频率即对应于电机的瞬时转速。该瞬时频率表达式为
由此可见，通过对电机后动电压、电流波形的分析和适当处理，可得到电机后动过程中的转速变化曲线。
２．双频激光干涉转速测量
本测量方法将光组探头与被测对象连在一起，可测出转台的转角和转速，测量装置与被测对象之间只通过一条光线传递信息，因此可以实现对转台转速的远距离测量。在实现转速测量的同时，还可以实现转角的测量。而且用本测量方法可以实现瞬态转速的测量。在较高的转速范围内，能够实现较高转速测量分辨力，这是目前常用的测角仪器所不能比拟的。
３．光纤式转速测量
用光纤作为转速传感探头的转速测量原理，有以下特点：
（１）转速测量范围宽，在１～３６０００ｒ／ｍｉｎ上。优于传统机械及电气式。
（２）抗干扰能力强。系统不受电磁辐射、温度等外界干扰影响。普通光电式测速仪由于振动会使光源寿命降低，因此，不适于在强振动工况下使用。本传感器由于采用光纤做传感器，光电元件远离测试现场，因此不存在这方面的问题。同时，由前面分析可知，由振动等原因使探头与反射面位置变化造成的光脉冲幅度变化不大，这也说明该系统具有抗振动能力。
（３）由于系统整体采用光纤传输，因此具有远距离的遥测功能，传输距离可达１ｋｍ以上。
（４）本传感系统采用非接触式的光反射转速测量法，传感器与被测轴之间无任何机械连接，不会由于安装传感器而影响被测轴转速，适于小型电机乃至微型电机的转速测量，且对于由于结构等原因不允许固定安装测速传感器的情况更为方使。
为了把转矩和转速信息能够准确地从电机中提取出来，通常是由传感器将被测信息转换为电信号，并对电信号存储、传输、分析计算，最终显示测量结果。传感器是整个测量仪器的核心，对传感器的选择必须合理，并保证能够在一定的工作环境下正常地工作。
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. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
速度测量方法概述 一、速度测量方法 M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。 T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。 M法、T法各且优劣和适应范围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小，所以往往候M法、T法都无法胜任全速度范围内的测量。因此产生了M法、T法结合的M/T 测速法：低速时测周期、高速时测频率。 二、光电编码器 1、工作原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º；的两路脉冲信号。
2、倍频电路 倍频电路一般是指电机反馈变频器的倍频，一般4倍频居多。举个例子，如果电机装了一个1000线编码器，如果在没有倍频的情况下，电机每转一圈可输出1000个脉冲；如果经过4倍频电路处理，则可以得到一圈4000个脉冲的输出，电机一圈为360°，所以每个脉冲代表的位置为360°/4000，相比360°/1000, 分辨率为4倍。 3、频压转换 在测量转速（频率）时，目前多采用数字电路，但有些场合则需要转速（频率）的变化与模拟信号输出相对应，这样便可在自动控制系统实验中用频/压转换器件代替测速发电机，从而使实验设备简化。
电磁兼容测量方法和测量设备介绍2004.3.24 一基本概念 二电磁兼容基本测量方法和测量标准 三电磁干扰诊断典型方法举例 四 EMC测量需要的仪器设备 一基本概念 什么叫电磁干扰 ?什么叫电磁兼容(EMC)? 电磁干扰必须同时具备的三个条件： a. 干扰源——能产生电磁干扰的元器件； b. 接收器——对干扰敏感的元器件和电路； c. 电磁干扰传播途径分为两种：“传导”和“辐射”。 电磁发射（电磁骚扰）：是指从一个电磁源发散出的电磁能量，它包括两种形式： a. 辐射发射——是指通过空间传播的有用或无用的电磁能量； b. 传导发射——是指沿导线（如电源线、控制线或互连线）传输的电磁能量。 电磁敏感度（电磁抗扰性）：设备暴露在电磁辐射下所呈现的不希望有的响应程度，它也分为两种形式： a. 辐射敏感度——对造成设备降级的辐射干扰的度量； b. 传导敏感度——当引起设备不希望有的响应或造成其性能降低时，对电源线、控制线或信号线上干扰信号的电流或电压的度量。 EMC测量分为：认証测量和诊断测量 EMC认証测量需要的条件： 1.测量依据的标准和规范； 2.测量设备； 3.测量场地。 EMC诊断测量需要的条件： 1.测量设备 2.一般实验室或屏蔽室 二电磁兼容基本测量方法 （一） EMC测量标准介绍： 电磁兼容测量项目很多，军标分得比较细，所以依军标152A为例，同时结合几个常 用的民用标准来讲一下基本的测量内容和测量方法。不管军标还是民标基本测量方法是相同或类似的。一台设备的EMC要从四个方面进行测量： 辐射发射、 辐射敏感度、●传导发射、?传导敏感度。
军标GJB152A是军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求和测量方法。它的测量项目按照英文字母和数字混合编号命名的： C(conduct)—传导, E(emission)—发射, R(radiat)—辐射,S(susceptibility)—敏感度 CE——传导发射 CS——传导敏感度 RE——辐射发射 RS——辐射敏感度 a. 传导发射测量（CE） CE101 25Hz ~10kHz电源线传导发射 CE102 10kHz~10MHz电源线传导发射 CE106 10kHz~40GHz天线端子传导发射 CE107 电源线尖峰信号（时域）传导发射 b. 辐射发射测量（RE） RE101 25Hz ~ 100kHz磁场辐射发射 RE102 10kHz ~ 18GHz电场辐射发射 RE103 10kHz ~ 40GHz天线谐波和乱真输出辐射发射 c. 传导敏感度测量（CS）传导敏感度测量可分为3类9项： ①有关电源线、互连线（信号线、控制线）传导敏感度测量： CS101 25Hz~50kHz电源线传导敏感度 CS106 电源线尖峰信号传导敏感度 CS114 10kHz~400MHz电缆束注入传导敏感度 CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度 CS116 10kHz~100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度 ②有关接收机和调谐放大器的传导敏感度测量： CS103 15kHz~10GHz天线端子互调传导敏感度 CS104 25Hz~20GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度 CS105 25Hz~20GHz天线端子交调传导敏感度 ③有关壳体（如飞机、潜艇和仪器设备等壳体）传导敏感度测量： CS109 50Hz~100kHz壳体电流传导敏感度 d. 辐射敏感度测量（RS） RS101 25Hz~100kHz磁场辐射敏感度 RS103 10kHz~40GHz电场辐射敏感度 RS105 瞬变电磁场辐射敏感度 (2) 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法（GB9254）主要测量内容： a. 电源端子和电信端口的传导骚扰限值和测量方法 b. 辐射骚扰和测量方法 (3) 信息技术设备抗扰度的基础系列标准（GB/T17626-1998）主要测量内容 该标准包括以下分标准： GB/T17626.1 抗扰度试验总论（IEC61000-4-1） GB/T17626.2 静电放电抗扰度试验（IEC61000-4-2 ） GB/T17626.3 射频电磁场抗扰度试验（IEC61000-4-3） GB/T17626.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（IEC61000-4-4） GB/T17626.5 浪涌（冲击）抗扰度试验（IEC61000-4-5） GB/T17626.6 射频场感应的传导骚扰抗扰度（IEC61000-4-6） GB/T17626.7 供电系统及相连设备的谐波、谐间波的测量和测量仪器导则（IEC61000-4-7）GB/T17626.8 工频磁场抗扰度试验（IEC61000-4-8） GB/T17626.9 脉冲磁场抗扰度试验（IEC61000-4-9）
兰州交通大学 毕业设计文献综述 题目：基于单片机的电机转速测量系统Title:Motor speed measuring system based on single chip microcomputer 姓名：韦宝芸
学号：3 班级：机设1202班 摘要 本文首先叙述了单片机测量转速的系统构成及转速测量的几种常用方法，分析了相应方法在测量上的特点、误差和计算。其次，针对特定的应用环境，设计出一种基于 80C51单片机的全数字式测速系统，详细阐述了系统的工作原理，指出产生误差的可能原因，并给出了具体解决的方法；根据系统要求编制了源程序，分析其工作流程。最后，对构建的系统利用仿真机进行调试，对测量指标进行了分析、比较并提出改进方案。 关键词：单片机、转速、测量精度 Abstract
This paper first discussed some ways for rotary speed measure. It analyzed characters and errors of these ways. Second, it designed full digital measure system based on a Single-Chip Microprocessor(80C51) responding to special application, stated the working theory of the system and the methods to solve the errors, writed the working programmes by A51 assemble language. Finally, this system implementation was confirmed by using of Keil-51 simulator. The characters on the error margin and accuracy was summarized. Keywords : Single-Chip Microprocessor、rotary speed 、measureprecision Keil-51
转速测量方案返回主页 作者范家保 转速（速度）在线测量方案选择时，一般要考虑的问题有以下几点： 1.被测物体运动的速度范围； 超低速(0.10~2.00r/min) 低速(0.5~500r/min) 中高速(20~20000r/min) 高速(500~200000r/min) 超高速(500~600000r/min) 全速(0.10~600000r/min) 2.被测物体可测点几何形状； 轴（光轴/带孔/带槽/带销/叶片） 传动齿轮/皮带 3.环境条件； 4.动态/静态显示、记录、控制；
5.误差、响应时间、输出控制形式等； 测速范围作为基本参数，直接关系到传感器和测速仪的选择；比如在20~20000r/min这一测速范围，函盖了低速、中高速，满足这一测速范围的传感器和测速仪表品种比较多；如果测速范围在20r/min 以下，甚至0.1r/min以下,这就是超低转速测量，不是普通的传感器和测速仪表能满足的了。 被测物体可测点几何状况及环境条件，往往是传感器和测速仪的最大制约因数。比如一种微型电机，被测旋转轴直径只有 1.5mm，只有端面露在外面，且此轴没有负载能力，如何检测？再如被测物体转速0.10~2.00r/min,要求测量仪表输出4~20mA的标准信号，测量环境70摄氏度，这就要求传感器和测速仪不光满足测速范围的要求，还要满足环境温度的要求。 被测物体可测点几何形状，关系到适用传感器的品种，可测点周边空间关系到选用传感器的可安装性，可测点环境关系到传感器和仪表的耐受特性。 动态测量和静态测量，关系到测量方法和瞬时转速的概念，静态测量一般选用的采样时间为0.5秒到2秒，超低转速时，可延时到60秒。动态测量一般采样时间选择小于0.1秒，高速采样时，要求采样时间不超过0.01秒。 在线测量有时作为观测手段，只需要显示；有时作为反馈，用于
转速是用单位时间内的转数表示的，通常采用１ｍｉｎ内的转数作为单位，符号为ｒ／ｍｉｎ；角速度用１ｓ内转过的弧度作单位，符号为ｒａｄ／ｓ。 测试转速的方法很多，根据其工作原理，可分为计数式、模拟式和同步式三大类。计数式方法是用某种方法读出一定时间内的总转数；模拟式方法是测出由瞬时转速引起的某种物理量（如离心力、电机的输出电压）的变化；同步式方法是利用已知频率的闪光与旋转体的旋转同步来测试转速。根据转速转换方式的不同，测试方法如表７．１所示。 一般转速的测试可用机械式转速表、发电机式转速表以及用日光灯频闪法测速，但这些方法不能满足进一步的要求。例如，对电机过渡过程的研究，需要测试瞬时转速；在微特电机的研究中还要研究转速的稳定度等。这就要求通过各种传感器将转速变换为电量，然后再用模拟或数字方式显示，有的还要用微型计算机进行控制、检测及运算。 表７．１转速测试方法分类 一、电子计数式测速https://www.doczj.com/doc/0b8755796.html,/article/show-2354.htm 数字式测速是发展十分迅速的一种测速方法，测试结果直接以数字显示，它有如下特点： （１）读数准确，消除了一般指针式仪表的刻度误差和视觉差。 （２）测试范围宽、精度高、速度快、显示字迹清晰。 （３）可进行瞬时转速的测试。一般瞬时角速度，当Δθ（或Δｔ）取得极小时，常称Δθ Δｔ为瞬时角速度。 由于转速与频率具有共同的量纲［Ｔ－１］，因此可以利用测频率或测周期的方法得到转速。采用电子计数式频率计，配以转速传感器即可构成电子计数式转速表。为提高测试的准确度，一般对高、中转速采用测频法，对于低转速采用测周法。 测频法是测量转速传感器所发出电信号频率的方法，即测量标准单位时间内电脉冲数。测周法是定角测时，即用时标填充的方法测相当于某一旋转角度的时间间隔，测周法可以在较短时间内获得较高的准确度和分辨率。这两类方法交替使用，相互补充，可以展宽测试范围，提高测试准确度。其原理及测试误差分析已在第六章讨论过，不再赘述。 １．测频法（或称Ｍ法）测速 （１）数字式电子转速表。数字式频率计的数字显示值与转速间的关系为
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目录 第1章转速测量文献综述 (1) 1.1 转速测量的意义 (1) 1.2 转速测量现状 (1) 1.2.1 磁电式转速测量 (1) 1.2.2 光电式转速测量 (2) 1.2.3 电感式转速测量 (2) 1.2.4 等 (2) 第2章总体方案设计 (2) 2.1 方案一 (3) 2.2 方案二 (5) 2.3 方案三 (6) 2.4 方案分析对比 (8) 2.5 小结 (9) 第3章具体设计与特性分析 (10) 3.1 传感器设计 (10) 3.2 转换电路设计 (11) 3.3 传感器总体分析 (11) 3.4 使用条件和误差补偿 (11) 3.5 仿真实验 (11) 3.6 小结 (12) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15) 千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行
第1章转速测量文献综述 1.1转速测量的意义 工业生产中经常需要关注转速问题，转速是标志设备运转是否正常的重要指标，实时的监测转速，对了解设备的运行，提高工农产品的质量和效率有重要意义。转速测量方法较多，而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法。 1.2转速测量现状 ■凡能随转速而变化的物理量都可用作转速传感器，例如： ●电磁传感器 ●霍尔传感器 ●光电传感器 ●闪烁传感器 等等 1.2.1磁电式转速测量 磁电式转速传感器主要是利用磁阻元件来做转速测量的。磁阻元件有一个特性，转速表就是其阻抗值会随着磁场的强弱而变化。通常磁电式传感器内装有磁性铁，使传感器预先带有一定的磁场，当金属的检测齿轮靠近传感元件时，齿轮的齿顶与齿谷所产生的磁场变化使得传感元件的磁阻抗也跟着变化。但是磁阻元件的阻抗值随温度变化很大，用一个磁阻元件测量转速时，温漂影响非常厉害，这使磁阻元件的应用受到很大的限制。可是我们的传感器却不同，它采用了 2 个磁阻元件，不仅补偿了温度的影响，还大大地增强了传感器的灵敏度。 磁电式转速传感器采用磁电感应原理实现测速，当齿轮旋转时，通过传感器线圈的磁力线发生变化，在传感器线圈中产生周期性的电压，通过对该电压处理计数，就能测出齿轮的转速。该传感器输出信号强，抗干扰
一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示：
专题十七：对六种瞬时速度测量方法的研究 方法一：直接测微小位移和微小时间法 对运动物体我们可采用光电计时器、照相机、超声波测速仪等工具来记录物体在微小时间内的位移。具体如下： 1）、光电计时器测速 1：光电计时器是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a 、b 分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a 、b 间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，图中MN 是水平桌面，Q 是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出，让滑块d 从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为22.510s -?和21.010 s -?，小滑块d 的宽度为0.5cm 。可测出滑块通过光电门 1的速度v 1=__ ___m/s ，滑块通过光电门2的速度v 2=__ ___m/s 。 2）、照相机拍照测速 2：“神舟”六号载人飞船的发射时，某记者为了拍摄飞船升空的美好瞬间,采用照相机的光圈(控制进光量的多少)是16，快门（暴光时间）是1/60s 拍照，得到照片中飞船的高度是h ，飞船上“神舟六号”四字模糊部分的高度是ΔL ，已知飞船的高度是H 。由以上数据可粗略求出拍照瞬间飞船的瞬时速度。 3）、超声波反射测速 3.下图是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的时间差，测出汽车的速度。图中是测速仪发出的超声波信号，n 1、n 2分别是由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，p 1、、p 2之间的时间间隔Δt ＝1.0s ，超声波在空气中传播的速度是V ＝340m/s ，若汽车是匀速行驶的，则根据图可知，汽车在接收到p 1、、p 2两个信号之间的时间内前进的距离是 m ，汽车的速度是____ ____m/s 方法二：测匀变速直线运动位移时间法 1）、打点计时器测速 2）、频闪照片测速 例如：如图所示，是利用频闪照相研究自由落体运动的示意图．闪光频率为10Hz 的闪光器拍摄的照片中A 球有四个像，像间距离已在图中标出，单位为cm ，可以计算出A 球在3位置的速度 2m/s ． 方法三：用平抛或竖直上抛 方法四：电磁感应规律测速法：依据电磁感应定律可将速度测量转化为电压或电流等电学量的测量。 例如：电磁流量计是广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间通过管 内横截面的流体的体积).为了简化,假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道.其 中空部分长,宽,高分别为图中的a,b,c.流量计两端与输送流体的管道相连, （图中虚线）.图 中流量计的上下两面是金属材料,前后两面是绝缘材料.现于流量计所在处加磁感强度为B
工程测量方法介绍 一、全仪器法 1极坐标法 极坐标法是测量碎部点最常用的方法。如下图所示,Z为测站点,O为定问点,P为待求点。在Z点安置好仪器,量取仪器高i 照准O点,读取定向点O的方向值L0,(常配置为零,以下设定向点的方向值为零),然后照准待求点P量取觇标高(镜高)读取方向值LP,再测出 Z至P点间的距离(斜距)SZP和竖角α(全站仪大部分以天顶距T表示),T=900-α,则待定点坐标和高程可由下式求得: 式中:αZP=αZO-LP 2照准偏心法 当待求点与测站点不通视或无法立镜时,可使用照准偏心法间接测定碎部点的点位,该法包括直线延长偏心法、方问延长偏心法和垂直偏心法。 a直线延长偏心法:如下图所示,Z为测站点,欲测定B点,但Z、B间不通视。此时可在地物边线方问找B’(或B”)点作为辅助点,先用极坐标法测定 其坐标,再用钢尺量取BB’(或BB”)的距离,即可求出B点的坐标。 b方向延长偏心法 在下图中,欲测定B点,但B点不宜立尺或立镜。此时可先测定ZB方向上的B’点,再丈量B’至B的距离ΔS,则B点的坐标可由下式得到: 式中,αZB=αZO+LB,ΔS为B’B的平距且很短。此法在线状或带状地物边有茂密植被时特别适用。 c垂直偏心法 如下图所示,欲测一点,由于Z、A间不通视,无法用极坐标法直接测定。 此时可在片附近找一 通视点A'(或A"),并使为直角(A或A"的位置可用直角棱镜设置),再量出AA'(或AA")的距离e’(或e"),即可按下式求出A点的坐标 式中,α A'A=αZO+Li-90 (对于A”点,αA'A=αZO+Li+90 ,α
ZO 为定点方向的坐标方位角,Li为照准 A'或A''时的方向值。 二、半仪器法(方向交会法):该方法主要包括方向直线交会法和方向直角交会法两种。1方向直线交会法:如下图所示,A、B为已知碎部点,欲测定i点。此时只要照准i点,读取 方向值 ,应用戎恪公式可计算出i点的坐标: 式中,α=αAZ-αAB,β=αZO+Li-αZA。使用该法测定规则的家属区很方便。 2方向直角交会法:对于构成直角的地物,可用方向直角交会法很方便地测定通视点的 位置。如下图所示,测出两个房角点A、B后,只要连续照准角点1,2,3,…分别读取方向值几,就可连续求出照准点的坐标。 当照准目标位于ZB方问的右侧时则 当照准目标位于ZB方向的左侧时 其余2,3,…各点计算类似。 三勘丈法:勘丈法指利用勘丈的距离及直线、直角的特性测算出待定点的坐标。 1直角坐标法又称正交法,它是借助测线和垂直短边支距测定目标点的方法。正交法使用钢尺丈量距离,配以直角棱镜作业。支距长度不得超过一个尺长。如下图所示,已知A、B两点,欲测碎部点i,则以AB为轴线,自碎部点i向轴线作垂线(由直角棱镜定垂足)。假 设以A为原点,只要量测得到原点A至垂足。di的距离αi和垂线的长度bi就可求得碎部点i的位置。 其中, 当碎部点位于轴线(AB方向)左侧时,取"-",右侧时取"+"。 2距离交会法:如下图所示。已知碎部点A、B欲测碎部点P,则可分别量取P至A、B 点距离D1 、D2 ,即可求得P点的坐标。先根据己知边DAB和D1、D2,求出角αβ 再根据戌格公式即可求得xp、yp 3距离直线交会法:如下图所示,A、B、C为已知碎部点。欲测1,2,3,…,i,量取C点至 各待测点的距离 ,即可求出各点的坐标: 其中， 当Li900时,取“+”；接近900时有二义性,应尽量避免。
转速测量方法与转速仪表 转速测量在国民经济的各个领域，都是必不可少的。本文就转速测量方法以及实施检测的仪表，做一简单的阐述。希望给工作中需要转速测量仪表，和在转速测量或相关领域进行研究开发的人员提供一些参考意见。 关键词：速度线速度角速度转速误差和精度采样时间虚拟仪表主题：考察转速测量方法演变，从演变的轨迹对转速测量有一个比较全面 的了解，着重介绍智能转速表的检测方法和实施检测的仪表。 内容提要： ?转速检测仪表的分类 ?电子式转速表 ?转速测量的方法 ?结束语 ?附录 一、转速检测仪表的分类： 1.离心式转速表，利用离心力与拉力的平衡来指示转速。离心式 转速表是最传统的转速测量工具，是利用离心力原理的机械式转速表；测量精度一般在1~2级，一般就地安装。一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点，还具备可靠耐用的优点。但是结构比较复杂。
2.磁性转速表，利用旋转磁场，在金属罩帽上产生旋转力，利用旋 转力与游丝力的平衡来指示转速。磁性转速表，是成功利用磁力的一个典范，是利用磁力原理的机械式转速表；一般就地安装，用软轴可以短距离异地安装。磁性转速表，因结构较简单，目前较普遍用于摩托车和汽车 以及其它机械设备。异地安装时软轴易损坏。 3.电动式转速表，由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组 成。小型交流发电机产生交流电，交流电通过电缆输送，驱动小型交流电动机，小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致。磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起，磁性表头指示的转速自然就是被测轴的转速；电动式转速表，异地安装非常方便，抗振性能好，广泛运用于柴油机 和船舶设备。 4.磁电式转速表，磁电传感器加电流表，异地安装非常方便。 5.闪光式转速表，利用视觉暂留的原理。闪光式转速表，除了检测 转速（往复速度）外，还可以观测循环往复运动物体的静像，对了解机械 设备的工作状态，是一必不可少的观测工具。 6.电子式转速表，电子技术的不断进步，使这一类转速表有了突飞 猛进的发展。 上述６种转速表，具有各自独特的结构和原理，既代表着不同时期的技术发展水平，也体现人类认识自然的阶段性发展过程。时代在不断前进，有些东西将会成为历史；但我们留心回顾一下，不禁要惊叹前贤的匠心！ 1.离心式转速表，是机械力学的成果；
专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系：自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：2012年10月8---2012年10月19
一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三．主要元器件 实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个 数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管（NPN） 4个排阻 1个 四．原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案： 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）对光电开关信号整流放大。 （3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 （4）显示电路采用单片机动态显示。
4.2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，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五．系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计
转速(速度)在线测量方案选择时，一般要考虑的问题有以下几点： 1. 被测物体运动的速度范围； 超低速(0. 0 2 ?2.00r/min) 低速(0.5 ?500r/min) 中高速(10 ?20000r/min) 高速(500 ?200000r/min) 超高速(500 ?600000r/min) 全速(0.020 ?600000r/min) 2. 被测物体可测点几何形状； 轴(光轴/带孔/带槽/带销/叶片) 传动齿轮/ 皮带 3. 环境条件； 4. 动态/ 静态显示、记录、控制； 5. 误差、响应时间、输出控制形式等；测速范围作为基本参数，直接关系到传感器和测速仪的选择；比如 在20?20000r/min 这一测速范围，函盖了低速、中高速，满足这一测速范围的传感器和测速仪表品种比较多；如果测速范围在 20r/min 以下，甚至0.1r/min 以下, 这就是超低转速测量，不是普通的传感器和测速仪表能满足的了。 被测物体可测点几何状况及环境条件，往往是传感器和测速仪的最大制约因数。比如一 种微型电机，被测旋转轴直径只有1.5mm,只有端面露在外面，且此轴没有负载能力，如何检 测？再如被测物体转速0.10?2.00r/min,要求测量仪表输岀4?20mA的标准信号，测量环境 70摄氏度，这就要求传感器和测速仪不光满足测速范围的要求，还要满足环境温度的要求。
被测物体可测点几何形状，关系到适用传感器的品种，可测点周边空间关系到选用传感器的可安装性，可测点环境关系到传感器和仪表的耐受特性。 动态测量和静态测量，关系到测量方法和瞬时转速的概念，静态测量一般选用的采样时间为0.5秒到2秒，超低转速时，可延时到60秒。动态测量一般采样时间选择小于0.1秒, 高速采样时，要求采样时间不超过0.02秒。 在线测量有时作为观测手段，只需要显示；有时作为反馈，用于系统调节，有时用于报警控制。 误差、响应时间、输出控制形式，直接关系到测量目的能否达到。 以上决定转速（速度）在线测量方案选择的几点要素，主要针对安装以及测速范围与环 境条件等方面的适用性；在线测量方案还要求简单可靠，经济有效。 从传感器的安装方式来分，有接触式和非接触式两种；按传感器的类别来分，就有磁电、磁敏、光电（光纤）、霍尔等方式，下面先从这两个侧面来介绍转速传感器的选用方案：方案1:接触式测量 这种测量方式一般适用中、低转速的测量。传感器与被测旋转轴，通过弹性联轴器连接，传感器安装固定时，要求出轴与被测旋转轴尽量保持同一条直线，在较高速时尤其严格。
转速测量方法 Written by Peter at 2021 in January
转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。同时从测速仪是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式。目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪光测速法和振动测速法。 1．光电码盘测速法 这是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可利用光敏元件来接受光，接收到光的次数就是码盘的编码数。若编码数为l，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则转速 n=(N/t*l)*60。 2．霍尔元件测速法 利用霍尔开关元件测转速的。霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与TTL电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速。 3．离心式测速法 离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过
传动系统带动指针回转。当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。这就是离心式转速表的原理。测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易响准确读数。 4．测速发电机测转速 利用直流发电机的电枢电动势E与发电机的转速成正比的这一关系测量转速。测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出，在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表，即可读出转速。5．闪光测速法 利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上，将闪光灯的灯光照到电机转动部分，当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时，此时脉冲的频率是与电机转动的转速是同步的。若脉冲频率为，则电机的转速为(r/min)。 6．漏磁测速法 利用异步电动机的转子在旋转磁场中由切割磁力线产生感应电流的频率即为电动机转子频率和电动机定子电压频率的差频。此差频乘以60就得到异步电动机的转差，由电网频率也乘以60得到电动机的同步转速，由同步转速减去转差就得到电动机的转速。 7．振动测速法 通过测得壳体的振动位移、速度或者加速度，经过适当的滤波，就可以在一定时间内累计位移或加速度的换向次数，换向次数除以时间即为电机转动频率（频率法），或测定振动波的周期（周期法），从而测得电机转速。
课程设计报告 题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名： 学号： 专业班级： 指导老师：
目录 1引言 (1) 2系统组成及工作原理 (1) 2.1转速测量原理 (1) 2.2转速测量的一般方法 (3) 2.3转速测量系统组成框图 (3) 3系统硬件电路的设计 (3) 3.1脉冲产生电路设计 (3) 3.2光电转换及信号调理电路设计 (4) 3.2.1光电传感器简介 (4) 3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5) 3.3测量系统主机部分设计 (7) 3.3.1单片机 (7) 3.3.2键盘显示模块设计 (9) 3.3.3串行通信模块设计 (11) 3.3.4电源模块设计 (12) 4系统软件设计 (13) 4.1程序模块设计 (13) 4.2数据处理过程 (15) 4.3浮点数学运算程序 (16) 5制作调试 (16) 6结果分析 (18) 7参考文献 (18)
1、引言 随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。 2 、系统组成及工作原理 2.1 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，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 2.2 转速测量的一般方法 一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。 图2-1 转速测量框图 1．转速信号拾取 转速信号拾取是整个系统的前端通道，目的是将外界的非电参量，通过一定方式转换
重力加速度测量的十种方法 方法一、用弹簧秤和已知质量的钩码测量 将已知质量为m的钩码挂在弹簧秤下，平衡后，读数为G.利用公式 G=mg得g=G/m. 方法二、用滴水法测重力加速度 调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、用单摆测量（见高中物理学生实验） 方法四、用圆锥摆测量.所用仪器为：米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图1），用秒表测出摆球n转所用的时间t，则摆球角速度ω=2πn/t 摆球作匀速圆周运动的向心力F=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得：
g=4π2n2h/t2. 将所测的n、t、h代入即可求得g值. 方法五、用斜槽测量，所用仪器为：斜槽、米尺、秒表、小钢球. 按图2所示装置好仪器，使小钢球从距斜槽底H处滚下，钢球从水平槽底末端以速度v作平抛运动，落在水平槽末端距其垂足为H′的水平地面上，垂足与落地点的水平距离为S，用秒表测出经H′所用的时间t，用米尺测出S，则钢球作平抛运动的初速度v=S/t.不考虑摩擦，则小球在斜槽上运动时，由机械能守恒定律得：mgH=mv2/2.所以g=v2/2H=S2/2Ht2，将所测代入即可求得g值. 方法六、用打点计时器测量.所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 将仪器按图3装置好，使重锤作自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的P点，用米尺测出OP的距离为h，其中t=0.02 秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g.
转速的测量方法 按传感器的类别来分:磁电式、磁敏式、光电式、霍尔式等 按传感器的安装方式来分：接触式和非接触式 接触式测量方式：传感器与被测旋转轴通过弹性联轴器连接，只能测量中速和低速物体的转速 非接触式测量方式：传感器与被测旋转轴不接触，可以实现高速的转速测量 霍尔式：
传感器的定子上有2个互相垂直的绕组A和B,在绕组的中心线上粘有霍尔片HA和HB,转子为永久磁钢,霍尔元件HA和HB的激励电机分别与绕组A和B相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。 霍尔式转速传感器属于霍尔式传感器，是利用霍尔效应的原理制成的，利用霍尔效应使位移带动霍尔元件在磁场中运动产生霍尔电热，即把位移信号转换成电热变化信号的传感器 霍尔效应式转速传感器是小型封闭式转速传感器。通过联轴节与与被测轴连接当转轴旋转时，将转角转换成电脉冲信号，供二次仪表使用。其原理是当磁力线穿过传感器上感应元件时产生霍尔电势经过霍尔芯片的放大整形后，成力电信号供二次仪表使用。使用时，只要在旋转物体上粘一块小磁钢，传感器固定在离磁钢一定距离内，对准磁钢S极即可进行测量。 霍尔效应原理 霍尔效应的本质是：固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴 遮断式光电测量方案 在遮光盘的同心圆上均匀分布若干个通光的孔或槽,槽形光电传感器固定在遮光盘工作的位置上,遮光盘转动一周,光敏元件感光次数与盘的开孔数目相等,因此产生相同数目的脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机定时/计数器计数,定时器T0定时。定时器T0完成100次溢出中断的时间t除以测得的脉冲数m,经过单位换算,就可以算得直流电机旋转的速度。 直流电机转速计算公式: n=60·m/(N1·t·N)(r/min) 其中:n为直流电机转速,N为遮光盘上的通光孔或槽的个数,N1为定时器T0中断次数,m为定时器T0在规定时间内测得的脉冲数,t为定时器T0定时溢出的时间