自学报告第二组

“传感技术”自学报告之一

转速测量

姓名：第二组

班级：测控11-4

学号：xxx

2013年11月18日

目录

第1章转速测量文献综述 (1)

1.1 转速测量的意义 (1)

1.2 转速测量现状 (1)

1.2.1 磁电式转速测量 (2)

1.2.2 光电式转速测量 (6)

1.2.3 电感式转速测量 (8)

1.2.4 等...................................................................... 错误！未定义书签。第2章总体方案设计.. (11)

2.1 方案一 (11)

2.2 方案二 (12)

2.3 方案三 (13)

2.4 方案分析对比 (15)

2.5 小结 (15)

第3章具体设计与特性分析 (17)

3.1 传感器设计 (17)

3.2 转换电路设计 (18)

3.3 传感器总体分析 (20)

3.4 使用条件和误差补偿 (21)

3.5 仿真实验................................................................. 错误！未定义书签。

3.6 小结 (23)

总结 (24)

参考文献 (25)

附录 (26)

第1章转速测量文献综述

1.1转速测量的意义

1.1.1转速测量的应用领域以及重要性

在机械自动化高速发展的今天，转速是能源设备与动力机械性能测试的一个重要的特性参量，在工业和农业领域都占据了越来越重要的地位，因为动力机械的许多特性参量是根据他们与转速的函数关系来确定的，例如压缩机的排气量，轴功率，内燃机的输出功率。转速测量用于测定电机的转速，常用于电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业等，而且动力机械的震动，管道气流的脉动，各种零件的磨损状态都与转速有关，对了解设备的运行，提高工农产品的质量和效率有重要意义。

其大小和变化关系着机械运转是否正常。动力机械的许多特性参数往往通过转速来确定，例如电机的输出功率，而且动力机械的振动、管道气流脉动与各种工作零件的磨损状态等也与转速密切相关。及时监测转速的变化可以及时排除机器运转中的许多故障，避免造成更大损失。

1.1.2转速测量总体技术水平与存在的问题

转速测量技术随着科学技术的飞速发展 ,在旋转物体速率测量方式上应用了各种新的技术 ,实现了测量的准确高效、安全便捷。转速表依据测量方式可分为接触式和非接触式两大类 ,转速表依据工作原理和采样方式可分为机械式、光电式、激光式、频闪式、磁电式等。目前使用纯机械式转速表的用户已经越来越少 ,并呈现将被电子计数式转速表逐渐取代的趋势。转速测量范围一般为几十转至几万转 ,测量准确度大多为 0 .1 %以下 ,极少数产品能达到 0 .0 5 %[1]。

在转速的测量中，我们往往需要的是在较大速度范围内具有高分辨率的快捷而准确的测速系统，传统的模拟式测速仪，由于受非线性，温度变化和元件老化等因素的影响，使其在转速检测的过程中很难满足快速性和准确性的要求。

1.2转速测量现状

随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能性价比单片机的出现，转速测量开始采用以单片机为核心的数字测量方法，而智能化微处理器代替

了机械式或模拟式结构一般的转速测试可用机械式转速表、发电式转速表以及频闪式转速表，但是在有些情况下，其测量精度，瞬时稳定性不能满足更高的要求，因此在测量方法和传感器的选择上尤为重要。常用的有光电传感器、霍尔传感器、电磁传感器，而测量方法有测量周期、测量频率等。

采用霍尔传感器的方法：霍尔传感器由于体积小无触点，动态性能好，使用寿命长，在测量动物体转速领域被广泛采用。

采用光电传感器的方法：根据光栅莫尔条纹的位移放大原理制成光电传感器，用于精细测角与测速。光电传感器与转轴同轴安装后，在扫描转子转动过程中采集光电译码器的输出信号，通过对输出信号处理的到转速、直接处理脉冲信号的方法，所需频率信号为脉冲信号，通过对其直接采集处理来进行计算。

使用霍尔传感器和光电译码器的方法进行测量，需要对被测目标本身进行改装或加工处理，对于测量精度高的设备，采用这种方法还是不错的，由于要求对于物体进行改造使得采用这种方法在小空间中进行测量时会有不便，并且在被测目标上加装的物体会影响被测目标向心力参数，测量不准确。

1.2.1 磁电式转速测量

磁电式转速测量的基本原理。

多种磁电式转速测量传感器(系统)的特点、技术指标、应用场合、不足、产品情况等，包括必要的图、公式。

对现有的磁电式转速测量传感器(系统)比较、总结。

磁电式传感器的基本原理

磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础，根据电磁感应定律，线圈两端的感应电动势正比于线圈所包围的磁通对时间的变化率，即

dt

d W dt d

e φϕ-=-= (1) 其中W 是线圈匝数，Φ线圈所包围的磁通量。若线圈相对磁场运动速度为v 或角速度ω，则上式可改为e=-WBl v 或者e=-WBS ω，l 为每匝线圈的平均长度；B 线圈所在磁场的磁感应强度；S 每匝线圈的平均截面积。

磁电式传感器的分类以及各自的特点

磁电式传感器根据工作原理可以分为变磁通式和恒磁通式，即动圈式和磁阻式传感器。

动圈式磁电感应式传感器：这类传感器的基本形式是速度传感器，能直接测量线速度和角速度，还可以用来测量位移和加速度。由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。

图1.1所示[1]

图1.1动圈式磁电感应式结构原理图

(2)磁阻式传感器：又称为变磁通式传感器或变气隙式传感器，常用来测量旋转物体的角速度，可分为开路变磁通式传感器和闭合変磁通式传感器。变磁通式传感器对环境要求不高，能在-150度到90度温度下工作，也能在油，水雾，灰尘等条件下工作，但它的工作频率下限较高，约为50Hz,上限为100Hz

如图1.2为变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。

图1.2变磁通磁电感应式结构原理图

其中（a）为开磁路变磁通式：线圈磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随之一起转动，每转动一个齿，齿轮凸凹引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次。线圈中产生感生电动势，其变化频率等于被测转速与测量尺寸齿数的乘积，这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不易测量高转速。

其中（b）为闭磁路式，它由装在转抽上的内齿轮和外齿轮，永久磁铁