基于红外线的转速测量仪研制

　　1 引言

　　测量转子速度的方法很多, 但多数比较复杂。目前, 测量转速的方法主要有四种:机械式、电磁式、光电式和激光式。机械式主要利用离心力原理, 通过一个随轴转动的固定质量重锤带动自由轴套上下运动, 根据不同转速对应不同轴套位置获得测量结果原理简单直接, 不需额外电器设备, 适用于精度要求不高、接触式的转速测量场合。电磁式系统由电磁传感器和安装在轴上的齿盘组成, 主轴转动带动齿盘旋转, 齿牙通过传感器时引起电路磁阻变化, 经过放大整形后形成脉冲, 通过脉冲得到转速值。由于受齿盘加工精度、齿牙最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制, 测量精度不能保证。光电式结构类似于电磁式结构,把旋转齿盘换作光电编码盘或黑白相间的反射条纹, 把电磁传感器换作光电接收器, 通过对反射回来的光脉冲信号计数得到测量结果。由于受条纹最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制, 测量精度不能保证, 所测转速值和电磁式一样为两个计数脉冲间距的平均值。激光测速技术(LDV)是一种正在发展中的测速技术, 通过激光多普勒效应获得转动体的瞬时角速度, 理论上具有很高的瞬时转速测量精度, 但目前实际产品精度不够高, 并且价格昂贵, 在实际使用上受到限制。通过改进已有的电磁式传感器, 设计一种适于瞬时转速测量的新型传感器, 在旋转机械瞬时状态分析中具有一定的实际意义。

　　本文以传统的电磁式系统为基础, 研制一种使用红外辐射技术的新型转速测量仪, 安装方便, 对周围环境要求不高, 可以很容易地完成转速的测量。具有较宽的动态测量范围, 测量精度较高。

　　2 系统设计

　　测速系统总体结构如图1 所示, 主要包括红外测速传感器(由红外发射与接收电路和齿盘组成)、信号处理电路、单片机以及数字显示部分。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。

　　2.1 系统硬件设计

　　根据红外测速的原理, 系统的电路设计如图2 所示。本系统采用AT89C52 单片机, 它是美国 ATMEL 公司生产的低电压, 高性能CMOS8 位单片机, 片内含8KB 的可反复擦写的Flash 程序存储器和 256B 的随机数据存储器(RAM), 器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产, 与标准 MS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容, 片内置有8 位中央处理器(CPU)。功能强大的AT89C52 单片机适用于许多较为复杂的控制应用场合。