光電傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用

1、光纖傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用1引言生活生產(chǎn)中很多放方面都要求對(duì)速度進(jìn)行精確測(cè)量，尤其是在轉(zhuǎn)速方面，對(duì)于所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，都需要監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速是衡量機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)。例如，人們?nèi)粘Ｉ钏玫碾姶蠖际峭ㄟ^(guò)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，而這時(shí)就要知道發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以便對(duì)其進(jìn)行控制，輸出穩(wěn)定電壓，否則將會(huì)給我們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)很多不方便。因而準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)速對(duì)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(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行處理并能準(zhǔn)確的測(cè)到轉(zhuǎn)速值。2測(cè)量原理當(dāng)反射面與光纖探頭相對(duì)時(shí)，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(dāng)電機(jī)表面其他部位與光纖探頭相對(duì)時(shí)，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(hào)為周期信號(hào)，因此對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析通過(guò)頻譜分析電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖1 測(cè)量框圖實(shí)驗(yàn)裝置共分為如圖2所示： 圖2 測(cè)量裝置 圖3 整形電路3實(shí)驗(yàn)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(dǎo)線(xiàn)若干。4實(shí)驗(yàn)步驟1)按照?qǐng)D2所示，連接裝置，傳感器距離測(cè)量面約1mm；2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使在反射光最小時(shí)，輸出為0V左右；3)檢測(cè)無(wú)誤后，開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)輸入電壓使電機(jī)剛好轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)開(kāi)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(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)測(cè)得的輸出波形如下，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行FFT變換分析，幅頻曲線(xiàn)中存在有轉(zhuǎn)速相關(guān)的兩個(gè)特征頻率幅值較高，通過(guò)驗(yàn)證時(shí)域波形發(fā)現(xiàn)為轉(zhuǎn)速的6倍，據(jù)此可通過(guò)分析特征頻率來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速值。圖4 低速輸出波形及FFT變換圖5 高轉(zhuǎn)速輸出波形圖6 整形后波形表1 電壓轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)記錄測(cè)量序號(hào)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(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)/s8.3 16.1 23.1 29.9 36.5 44.1 50.8 57.5 測(cè)量序號(hào)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(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)/s52.1 45.6 39.4 32.2 24.0 17.1 9.4 圖7 電壓轉(zhuǎn)速擬合直線(xiàn)6結(jié)果分析1) 輸出曲線(xiàn)具有如下特點(diǎn)：周期性，輸出的波形是周期信號(hào)，在一個(gè)周期中有兩至三個(gè)波峰及一個(gè)波谷，主要是由于轉(zhuǎn)盤(pán)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(shí)輸出波形略有差異，但變化規(guī)律不變。2) 轉(zhuǎn)速與輸入電壓關(guān)系 從圖5可以看出，轉(zhuǎn)速與輸入電壓具有很好的線(xiàn)性關(guān)系，靈敏度達(dá)到3.5轉(zhuǎn)/V,可根據(jù)輸入電壓才計(jì)算轉(zhuǎn)速。正行程與反行程曲線(xiàn)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(guò)大過(guò)小均不能提高靈敏度，依據(jù)光纖位移實(shí)驗(yàn)的結(jié)果距離在1mm靈敏度較大；另一方面反射面的反射率也會(huì)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(lái)源：供電電壓的穩(wěn)定性，電壓大小直接影響轉(zhuǎn)速大小，電壓波動(dòng)會(huì)影響轉(zhuǎn)速測(cè)量；采用時(shí)間及頻率，采樣頻率應(yīng)大于2倍信號(hào)最高頻率才能