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類型分類:
科普知識
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應變式壓力傳感器

基于紅外線的轉速測量儀研究及設計

發布日期:2022-08-21 點擊率:55

1 引言

  測量轉子速度的方法很多,但多數比較復雜[1]。目前,測量轉速的方法主要有四種[2]:機械式、電磁式、光電式和激光式。機械式主要利用離心力原理,通過一個隨軸轉動的固定質量重錘帶動自由軸套上下運動,根據不同轉速對應不同軸套位置獲得測量結果原理簡單直接,不需額外電器設備,適用于精度要求不高、接觸式的轉速測量場合。電磁式系統由電磁傳感器和安裝在軸上的齒盤組成,主軸轉動帶動齒盤旋轉,齒牙通過傳感器時引起電路磁阻變化,經過放大整形后形成脈沖,通過脈沖得到轉速值。由于受齒盤加工精度、齒牙最小分辨間隔、電路最大計數頻率等限制,測量精度不能保證。光電式結構類似于電磁式結構,把旋轉齒盤換作光電編碼盤或黑白相間的反射條紋,把電磁傳感器換作光電接收器,通過對反射回來的光脈沖信號計數得到測量結果。由于受條紋最小分辨間隔、電路最大計數頻率等限制,測量精度不能保證,所測轉速值和電磁式一樣為兩個計數脈沖間距的平均值。激光測速技術(LDV)是一種正在發展中的測速技術,通過激光多普勒效應獲得轉動體的瞬時角速度,理論上具有很高的瞬時轉速測量精度,但目前實際產品精度不夠高,并且價格昂貴,在實際使用上受到限制。通過改進已有的電磁式傳感器,設計一種適于瞬時轉速測量的新型傳感器,在旋轉機械瞬時狀態分析中具有一定的實際意義。

  本文以傳統的電磁式系統為基礎,研制一種使用紅外輻射技術的新型轉速測量儀,安裝方便,對周圍環境要求不高,可以很容易地完成轉速的測量。具有較寬的動態測量范圍,測量精度較高。

2 系統設計

  測速系統總體結構如圖1所示,主要包括紅外測速傳感器(由紅外發射與接收電路和齒盤組成)、信號處理電路、單片機以及數字顯示部分。其工作過程如下:當齒盤旋轉時,由于輪齒的遮擋,紅外發射管與接收管之間的紅外線光路時斷時續,信號處理電路將此變化的光信號轉換為電脈沖信號,一個脈沖信號即表示齒盤轉過一個齒。單片機對脈沖進行計數,同時通過其內部的計時器對接收一定數目的脈沖計時,根據脈沖數目及所用時間就可計算出齒盤的轉速,最后通過數字顯示部分將轉速顯示出來。

2.1 系統硬件設計

  根據紅外測速的原理,系統的電路設計如圖2所示。

  本系統采用AT89C52單片機,它是美國ATMEL公司生產的低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內含8KB的可反復擦寫的FLASH程序存儲器和256B的隨機數據存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產,與標準MS-51指令系統及8052產品引腳兼容,片內置有8位中央處理器(CPU)。功能強大的AT89C52單片機適用于許多較為復雜的控制應用場合。

  

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