轉速測量原理

　　轉速的測量方法很多，根據脈衝(chong) 計數來實現轉速測量的方法主要有M法（測頻法）、T法（測周期法）和MPT法（頻率周期法），該係統采用了M法（測頻法）。由於(yu) 轉速是以單位時間內(nei) 轉數來衡量，在變換過程中多數是有規律的重複運動。根據霍爾效應原理，將一塊永久磁鋼固定在電機轉軸上的轉盤邊沿，轉盤隨測軸旋轉，磁鋼也將跟著同步旋轉，在轉盤下方安裝一個(ge) 霍爾器件，轉盤隨軸旋轉時，受磁鋼所產(chan) 生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈衝(chong) 信號，其頻率和轉速成正比。脈衝(chong) 信號的周期與(yu) 電機的轉速有以下關(guan) 係：

　　式中：n為(wei) 電機轉速；P為(wei) 電機轉一圈的脈衝(chong) 數；T為(wei) 輸出方波信號周期根據公式即可計算出直流電機的轉速。

　　測量電機轉速的第一步就是要將電機的轉速表示為(wei) 單片機可以識別的脈衝(chong) 信號，從(cong) 而進行脈衝(chong) 計數。霍爾器件作為(wei) 一種轉速測量係統的傳(chuan) 感器，它有結構牢固、體(ti) 積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(you) 點，因此選用霍爾傳(chuan) 感器檢測脈衝(chong) 信號，其基本的測量原理如圖所示，當電機轉動時，帶動傳(chuan) 感器運動，產(chan) 生對應頻率的脈衝(chong) 信號，經過信號處理後輸出到計數器或其他的脈衝(chong) 計數裝置，進行轉速的測量。

　　霍爾傳感器測轉速方案

　　霍爾效應，是指磁場作用於(yu) 載流金屬導體(ti) 、半導體(ti) 中的載流子時，產(chan) 生橫向電位差的物理現象。當電流通過金屬箔片時，若在垂直於(yu) 電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩(liang) 側(ce) 麵會(hui) 出現橫向電位差。利用霍爾效應可以設計製成多種傳(chuan) 感器。霍爾電位差UH的基本關(guan) 係為(wei) ：

　　式中KH――霍爾係數；n――單位體(ti) 積內(nei) 載流子或自由電子的個(ge) 數；q――電子電量；I――通過的電流；B――垂直於(yu) I的磁感應強度

　　利用霍爾效應表達式：UH=KHIB，當被測物體(ti) 上裝上Ｎ隻磁性體(ti) 時，物體(ti) 每轉一周磁場就變化N次，霍爾電勢相應變化N次，輸出電勢通過放大、整形和計數電路就可以測量被測旋轉物的轉速。

　　測量設備

　　本案例以實驗室霍爾元件測量圓盤轉速為(wei) 例。

　　實驗設備：CSY2000係列傳(chuan) 感器與(yu) 檢測技術實驗台。

　　1、主控台部分，提供高穩定的±15V、+5V、±2V～±10V可調、+2V～+24V可調四種直流穩壓電源；主控台麵板上還裝有電壓、頻率、轉速的3位半數顯表。

　　2、旋轉源0-2400轉/分（可調）需用器件與(yu) 單元：霍爾傳(chuan) 感器、5V直流源、轉速調節裝置、轉動源單元、數顯單元的轉速顯示部分。

　　實驗方案

　　1.實驗裝置如下圖

　　2.將5v直流源加於(yu) 霍爾元件電源輸入端。

　　3.將霍爾轉速傳(chuan) 感器輸出端（黃）插入數顯單元Fin端。

　　4.將轉速調節中的2V-24V轉速電源引入到台麵上轉動單元中轉動電源2-24VK插孔。

　　5.將數顯單元上的轉速／頻率表波段開關(guan) 撥到轉速檔，此時數顯表指示轉速。

　　6.調節轉速調節電壓使轉動速度變化。觀察數顯表轉速顯示的變化。

　　實驗結果計算

　　磁體(ti) 經過霍爾元件，霍爾元件就會(hui) 發出就會(hui) 發出一個(ge) 信號，經放大整形得到脈衝(chong) 信號，兩(liang) 個(ge) 脈衝(chong) 的間隔時間即為(wei) 周期，通過周期就可算出轉速.

　　霍爾轉速傳感器原理

　　1、霍爾式轉速傳(chuan) 感器

　　由霍爾開關(guan) 集成傳(chuan) 感器和磁性轉盤組成，霍爾式轉速傳(chuan) 感器的各種不同結構如圖1-48所示。將磁性轉盤的輸入軸與(yu) 被測轉軸相連，當被測轉軸轉動時，磁性轉盤便隨之轉動，固定在磁性轉盤附近的霍爾開關(guan) 集成傳(chuan) 感器便可在每一個(ge) 小磁鐵通過時產(chan) 生一個(ge) 相應的脈衝(chong) ，檢測出單位時間的脈衝(chong) 數，便可知道被測對象的轉速。磁性轉盤上的小磁鐵數目的多少，將決(jue) 定傳(chuan) 感器的分辨率。如圖1-48所示。

　　2、磁電式轉速傳(chuan) 感器

　　磁電式轉速傳(chuan) 感器的結構如圖1-49所示。它是由永久磁鐵、線圈、磁盤等組成。在磁盤上加工有齒形凸起，磁盤裝在被測轉軸上，與(yu) 轉軸一起旋轉。當轉軸旋轉時，磁盤的凹凸齒形將引起磁盤與(yu) 永久磁鐵間氣隙大小的變化，從(cong) 而使永久磁鐵組成的磁路中磁通量隨之發生變化。有磁路通過的感應線圈，當磁通量發生突變時，會(hui) 感應出一定幅度的脈衝(chong) 電勢，其頻率為(wei) ：

　　3、光電式轉速傳(chuan) 感器

　　常見的光電式轉速傳(chuan) 感器有直射式和反射式兩(liang) 種。直射式輸入軸與(yu) 待測軸相接，光通過開孔圓盤和縫隙板照射在光敏元件上。開孔盤旋轉一周，光敏元件接受光的次數等於(yu) 盤上的開孔數。若開孔數為(wei) m，記錄過程時間為(wei) t秒，總脈衝(chong) 數為(wei) N，則轉速為(wei) ：

　　反射型的光電傳(chuan) 感器如圖1-50所示。其前端部分采用光纖封裝，適應微小物體(ti) ，特別是微小旋轉體(ti) 的測量。由於(yu) 傳(chuan) 感器內(nei) 裝有光源（LED）、感光元件（光電晶體(ti) 管）以及放大器等，所以體(ti) 積設計得很小，使用方便。光源是經過頻率調製的，所以抗幹擾性強，還有狀態顯示，可供用戶測量時確認工作狀態。振蕩回路用來產(chan) 生一個(ge) 調製頻率來點亮光源發光二極管，采用不穩定多諧振蕩方式，振蕩頻率約為(wei) 7kHz，脈寬約25μs。

　　從(cong) 光源發射出來的脈衝(chong) 光，經過被檢測物體(ti) 的反射，被傳(chuan) 感器的光電晶體(ti) 管所

　　接受，然後經過交流放大器，被放大到適當的電平後，進行檢波和積分，再轉換成直流電壓信號。然後是波形整形，與(yu) 一定的直流電壓相比較，高於(yu) 此值，輸出為(wei) Hi，低於(yu) 此值，輸出為(wei) Lo。狀態指示燈也是，輸出高電平Hi時，LED點亮，輸出低電平Lo時，LED不亮，以作為(wei) 狀態確認用。

　　光電轉速傳(chuan) 感器跟計數器配套使用，檢測範圍可達10000r/min，誤差為(wei) 1r/min。

　　4、測量應用舉例

　　（1）霍爾傳(chuan) 感器測量轉速

　　圖1-51所示是兩(liang) 種不同結構的霍爾轉速傳(chuan) 感器。用圖示的方法設置磁體(ti) ，使磁性轉盤的輸入軸與(yu) 被測轉軸相連，霍爾傳(chuan) 感器固定在磁性轉盤附近。當被測轉軸轉動時，磁性盤隨之轉動，磁體(ti) 每經過霍爾傳(chuan) 感器一次，霍爾傳(chuan) 感器便輸出一個(ge) 相應的電壓脈衝(chong) 。檢出單位時間的脈衝(chong) 數，便可求出被測轉速。例如，在車輪轉軸上裝上磁體(ti) ，在靠近磁體(ti) 位置上裝上霍爾傳(chuan) 感器，即可製成車速表和裏程表等。

　　（2）光電式傳(chuan) 感器測轉速

　　圖1-53為(wei) 光電轉速表的工作原理圖。圖1-53（a）在待測轉軸上固定一個(ge) 帶孔的調製圓盤，在調製圓盤的一邊由發光元件產(chan) 生恒定光，光透過盤上的小孔到達由光敏二極管組成的光敏轉換器上，轉換成相應的電脈衝(chong) 信號。若圓盤上開10個(ge) 小孔，則旋轉一周，光線透過小孔10次，輸出10個(ge) 脈衝(chong) 信號，孔越多，測量的分辨率孔，則旋轉一周，光線透過小孔10次，輸出10個(ge) 脈衝(chong) 信號，孔越多，測量的分辨率越高。測速也可以采用反射式，隻要用白紙畫上黑道的圓紙貼在旋轉體(ti) 上即可，如圖1-53（b）所示，圖中的1是待測轉盤，2是發光元件，3是光敏轉換器。