磁电式电机速仪的设计文献综述

磁电式电机转速仪的设计文献综述测控技术与仪器专业070307124张刘莹

一、研究目的及意义

转速是电动机极为重要的一个状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，速度测量的精度直接影响系统的控制情况，它是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。

在电机的转速测量中，影响测量精度的主要因素有两个：一是采样点的多少，采样点越多，速度测量结果越精确，尤其是对于低转速的测量。二是采样频率，采样频率越高，采样的数据就越准确[1]。

二、国内外研究概况

国内设计并实现了以AT89C51单片机为核心的电机转速测量仪，该测量仪已应用于某些装备，实验结果表明该测量仪不仅满足了装备的测速要求，而且相对于直流测速机更具有测量精度高、体积小、性价比高等优点[2]。

黄理龙、钱苏翔等在国内提出利用PWM控制原理，同时结合霍尔传感器采集电机转速，并经单片机检测后在LED上显示出转速值，而单片机则根据传感器输出的脉冲信号来分析转速的过程量，并超限报警，同时设置有按键操作仪表，可用于调节电机的转速[3]。

随着微型计算机的广泛应用,特别是高性能单片机的不断推陈出新,转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。本文提出一种基于STC89C52单片机的测量控制电机转速的方法:利用磁电式传感器采集转速信号,经过信号处理电路变成TTL电平，输入单片机，通过单片机进行运算处理和分析,将电机的转速在LED上实时显示出来。

磁电式转速传感器常用于电动机速度测量，当齿轮旋转时，传感器内的线圈的磁力线发生变化，在传感器线圈中产生周期性的电压，通过对该电压处理计数，测出齿轮的转速。优点是可检测齿轮、曲轴、轮辐、等转动且有缝隙的表面，输出信号强，抗干扰性能力强，无需供电，无需控制装置提供任何激励电路，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用，安装方便。郑延才详细介绍了一种磁电式传感器在测速中的应用，他以试验为基础，根据电磁感应理论，针对钢管在线速度的检测，研制了一种非接触式磁电测速传感器，为实现微机自动控制提供了可靠的依据[4]。

三、研究内容及计划：

内容：

1. 设计磁电转速传感器检测装置

（1）磁电式转速传感器。该传感器是利用电磁感应原理为基础的[5]。根据法拉第电磁感应定律可知，当运动导体在磁场中切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，导体中的磁通量Φ发生变化，在导体中产生感生电动势e。

（2）齿轮信号盘。信号盘可用一般的钢板制成。它就是转速测量时所用的

转盘，盘上有齿。中心孔用来在电机转轴上定位，从而信号盘与电机的转轴一起转动，传感器固定在支架上，垂直于信号盘。当转轴旋转时，齿轮的凸凹齿形将引起齿轮与永久磁铁间气隙大小的变化，从而使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之发生变化。当轮齿靠近磁头，磁阻就减小，轮齿偏离磁头，磁阻就增大。这样，磁通量呈周期性的变化，变产生了感应电动势。其感应电动势的频率和幅值均随齿轮轮齿的通过频率而变化，即与齿轮的转速成正比[6]。

（3）信号处理电路。设计信号处理电路，使传感器输出的转速信号为TTL 电平。

（4）LED显示电路。显示测量结果。

2. 转速数字式测量方法

旋转设备转动速度的数字检测基本方法是利用与该设备同轴连接的转速传感器的输出脉冲频率与转速成正比的原理，根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列，测量转速。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有[7-8]: M法(测频率法)、T法(测周期法)和M/T法(频率/周期法)。

3. 软件设计

检测装置的软件系统主要包括：测速主程序、显示程序。

计划：

（1）了解相关内容，完成开题报告。（1~2周）

（2）查阅相关资料（图书馆书籍、期刊网、网上资料等）了解相关设计，确定自己设计方案。（3~9周）

（3）总结并比较各种设计方案的特点，并进行相关硬件设计。设计测量平台。准备设计说明书。（10~12周）

（4）完成设计说明书，论文答辩。

四、特色与创新

输出信号强，抗干扰性能力强，无需供电，无需控制装置提供任何激励电路，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用，安装方便。

五、参考文献

[1] 于炳亮. 电机转速测量方法研究[J]. 山东科学, 2005：41-42.

[2] 王朕, 刘学锋, 刘陵顺. 基于AT89C51的电机转速测量仪的设计与实现[J] . 四川兵工学报, 2009:19-21.

[3] 黄理龙, 钱苏翔, 张伟, 许聚武, 朱有剑. 基于MCS-51单片机的直流电机转速测控系统设计[J]. 电子元器件应用, 2010:19.

[4]郑延才. 一种磁电式传感器在测速中的应用[J]. 工业仪表与自动化装置, 1986:10~11.

[5] 黄贤武, 郑筱霞. 传感器原理及应用[M]. 北京:高等教育出版社, 2004:195.

[6]张根源, 陈芳华. 磁电感应式传感器在轴承振动测量中的应用[J]. 传感器技术, 2000:27~28.

[7]陈伯时. 电力拖动自动控制系统[M]. 北京：机械工业出版社, 2003:103~107.

[8] 宋跃辉, 宋杨, 周毅等. 基于单片机的齿轮转速测量系统[J]. 信息技术, 2007:110~111.