光電傳感器在轉速測量中的應用

1、光纖傳感器在轉速測量中的應用1引言生活生產(chǎn)中很多放方面都要求對速度進行精確測量，尤其是在轉速方面，對于所有旋轉機械而言，都需要監(jiān)測旋轉機械軸的轉速，轉速是衡量機器正常運轉的一個重要指標。例如，人們?nèi)粘Ｉ钏玫碾姶蠖际峭ㄟ^發(fā)電機進行發(fā)電，而這時就要知道發(fā)電機的轉速，以便對其進行控制，輸出穩(wěn)定電壓，否則將會給我們的生活和生產(chǎn)帶來很多不方便。因而準確測量轉速對生成生活有重要意義。利用光纖傳感器的高靈敏度在較少的對測量系統(tǒng)進行處理并能準確的測到轉速值。2測量原理當反射面與光纖探頭相對時，光纖探頭的紅外光被反射，收光器接收到反射光，放大器輸出高電平。當電機表面其他部位與光纖探頭相對時，光纖探頭的紅光被

2、阻斷，收光器接收不到反射光，放大器輸出低電平。產(chǎn)生的一系列高低電平，將輸出的波形使用DATAQ采集并保存。由于輸出的信號為周期信號，因此對采集的信號進行頻譜分析通過頻譜分析電機的轉速。圖1 測量框圖實驗裝置共分為如圖2所示： 圖2 測量裝置 圖3 整形電路3實驗器材光纖傳感器、光纖位移傳感器模塊、DATAQ、整形電路、電壓表及導線若干。4實驗步驟1)按照圖2所示，連接裝置，傳感器距離測量面約1mm；2)調(diào)節(jié)滑動變阻器使在反射光最小時，輸出為0V左右；3)檢測無誤后，開啟電源，調(diào)節(jié)輸入電壓使電機剛好轉動時開始；4)改變輸入電壓，分別記錄波形，電壓從小到大之后再依次減??；5)波形FFT變換及分析。

3、5實驗記錄實驗測得的輸出波形如下，對輸出信號進行FFT變換分析，幅頻曲線中存在有轉速相關的兩個特征頻率幅值較高，通過驗證時域波形發(fā)現(xiàn)為轉速的6倍，據(jù)此可通過分析特征頻率來計算轉速值。圖4 低速輸出波形及FFT變換圖5 高轉速輸出波形圖6 整形后波形表1 電壓轉速實驗記錄測量序號1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 輸入電壓(V)5.0 7.0 9.0 11.0 13.0 15.0 17.0 19.0 轉速/轉/s8.3 16.1 23.1 29.9 36.5 44.1 50.8 57.5 測量序號9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 輸入

4、電壓(V)17.0 15.0 13.0 11.0 10.0 7.0 5.0 轉速/轉/s52.1 45.6 39.4 32.2 24.0 17.1 9.4 圖7 電壓轉速擬合直線6結果分析1) 輸出曲線具有如下特點：周期性，輸出的波形是周期信號，在一個周期中有兩至三個波峰及一個波谷，主要是由于轉盤上存在三種不同的反射介質(zhì)。穩(wěn)定性，輸入低電壓與高電壓時輸出波形略有差異，但變化規(guī)律不變。2) 轉速與輸入電壓關系 從圖5可以看出，轉速與輸入電壓具有很好的線性關系，靈敏度達到3.5轉/V,可根據(jù)輸入電壓才計算轉速。正行程與反行程曲線有差異，但差異不大。3) 靈敏度影響靈敏度的因素包括傳感器距離反射面的距離，距離過大過小均不能提高靈敏度，依據(jù)光纖位移實驗的結果距離在1mm靈敏度較大；另一方面反射面的反射率也會影響靈敏度，光滑面反射率越大靈敏度越大。4）誤差分析誤差來源：供電電壓的穩(wěn)定性，電壓大小直接影響轉速大小，電壓波動會影響轉速測量；采用時間及頻率，采樣頻率應大于2倍信號最高頻率才能