光码盘测电机转速精度分析

    1　前言

    航空电机转速的常用测量方法是对转子引起的周期脉冲信号的频率进行测量。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:

    a·测频法。即在一定的时间间隔t内,计数被测信号的重复变化次数N,则被测信号的频率f_x可表示为:f_x=N/t;

    b·测周期法。即在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0,则被测信号频率f_x=f_c/m0。其中,f_c为时钟脉冲信号频率;

    c·同步法。在被测信号m₁个周期内,计数时钟脉冲数m₂,从而得到被测信号频率f_x,则fx可以表示为f_x=m₁f_c/m₂,m₁由测量准确度确定。

    上述测量方法的测量精度在特定情况往往难以满足要求。本文提出一种精度较高的测速方法———光码盘测速。光码盘原理简单,输出精度和分辨率高,寿命长,比较适合部队装备使用的要求。典型的光码盘有TLP507A、TLP800等,基本的测速装置如图1所示。

    2　测量原理及结果分析

    2·1速度信号采样电路

    速度信号采集采用光码盘转换电路,如图2所示。发光二极管LED发出红外光,透过遮光板TLP的圆孔照射光敏三极管T1,使其迅速由截止状态变为导通,如此反复形成光脉冲信号,经T2的放大,再由74LS04反向整形后送给单片机。为了提高响应速度,选用脉冲响应时间为50ns的GaA1As红外发光二极管,将光敏三极管做光敏二极管用,另外数据的处理由单片机完成。

    设:n—电机转速(r/min);

    N—一个采样周期T内计数器记录的光脉冲的个数;

    P—测速盘开孔的总数;

    T—采样周期(s);

    f—脉冲频率。

     则:T·n·p/60=N

因此电机转速为:n=60N/(PT)

    2·2测试结果

    测速精度可由下式得到:

式中,n_x为转速测量值,n₀为转速实际值。

    实际得到测速范围600r/min~6000r/min,根据试验结果得到测量误差如表1。

    经计算,转速测量精度优于0·8%,满足一般装备电机测量精度。

    2·3误差分析

    测量的相对误差可由以下公式求得:

式中,T、n、N的意义同前述,ΔN为计数器量化误差(绝对值),所以ΔN=1。假定采样周期是由石英晶体振荡器决定,且精确足够,即ΔT≈0,则:

则测量的绝对误差为:

这里,取P=10,T=0·5s,所以:Δn=12

    3　结束语

    相比部队中使用的老式的摩擦法测量转速,光码盘的应用使测速方法前进了一大步,它具有使用简单、维修方便等特点,对外界环境的依赖性较小,所以适用于航空部队野战维修用外场测量;同时由于光码盘原理和结构上的特点,测速精度不可能达到相当高的程度,但其廉价和方便性是显而易见的。