光电传感器在转速测量中的应用.doc

光纤传感器在转速测量中的应用
1引言
生活生产中很多放方面都要求对速度进行精确测量，尤其是在转速方面，对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。例如，人们日常生活所用的电大都是通过发电机进行发电，而这时就要知道发电机的转速，以便对其进行控制，输出稳定电压，否则将会给我们的生活和生产带来很多不方便。因而准确测量转速对生成生活有重要意义。利用光纤传感器的高灵敏度在较少的对测量系统进行处理并能准确的测到转速值。
2测量原理
当反射面与光纤探头相对时，光纤探头的红外光被反射，收光器接收到反射光，放大器输出高电平。当电机表面其他部位与光纤探头相对时，光纤探头的红光被阻断，收光器接收不到反射光，放大器输出低电平。产生的一系列高低电平，将输出的波形使用DATAQ采集并保存。由于输出的信号为周期信号，因此对采集的信号进行频谱分析通过频谱分析电机的转速。
图1测量框图
实验装置共分为如图2所示：

图2测量装置图3整形电路

3实验器材
光纤传感器、光纤位移传感器模块、DATAQ、整形电路、电压表及导线若干。
4实验步骤
1)按照图2所示，连接装置，传感器距离测量面约1mm；
2)调节滑动变阻器使在反射光最小时，输出为0V左右；
3)检测无误后，开启电源，调节输入电压使电机刚好转动时开始；
4)改变输入电压，分别记录波形，电压从小到大之后再依次减小；
5)波形FFT变换及分析。
5实验记录
实验测得的输出波形如下，对输出信号进行FFT变换分析，幅频曲线中存在有转速相关的两个特征频率幅值较高，通过验证时域波形发现为转速的6倍，据此可通过分析特征频率来计算转速值。
图4低速输出波形及FFT变换
图5高转速输出波形

图6整形后波形
表1电压—转速实验记录
测量序号1.02.03.04.05.06.07.08.0输入电压(V)5.07.09.011.013.015.017.019.0转速/转/s8.316.123.129.936.544.150.857.5测量序号9.010.011.012.013.014.015.0输入电压(V)17.015.013.011.010.07.05.0转速/转/s52.145.639.432.224.017.19.4

图7电压—转速拟合直线
6结果分析
输出曲线具有如下特点：
周期性，输出的波形是周期信号，在一个周期中有两至三个波峰及一个波谷，主要是由于转盘上存在三种不同的反射介质。
稳定性，输入低电压与高电压时输出波形略有差异，但变化规律不变。
2)转速与输入电压关系
从图5可以看出，转速与输入电压具有很好的线性关系，灵敏度达到3.5转/V,可根据输入电压才计算转速。正行程与反行程曲线有差异，但差异不大。
3)灵敏度
影响灵敏度的因素包括传感器距离反射面的距离，距离过大过小均不能提高灵敏度，依据光纤位移实验的结果距离在1mm灵敏度较大；另一方面反射面的反射率也会影响灵敏度，光滑面反射率越大灵敏度越大。
4）误差分析
误差来源：供电电压的稳定性，电压大小直接影响转速大小，电压波动会影响转速测量；采用时间及频率，采样频率应大于2倍信号最高频率才能保证计算到正确的转速，进行频率变换数据点数对FFT变换也有影响，会影响转速分析。
改进方法：采用频率应大于2倍信号最高频，采集时间不能过短。