西安石油大学本科毕业设计（论文）
2 转速测量系统的原理
2.1 转速测量原理
一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60 齿的测速齿盘，用变磁阻式或电涡流式传感器获得一转60 倍转速脉冲，再用测频的办法实现转速测量。而临时性转速测量系统，多采用光电传感器，从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲，随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量。不论长期或临时转速测量，都可以在微处理器的参与下，通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期，换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器，将转速信号变为电脉冲，利用微机在单位时间内对脉冲进行计数，再经过软件计算获得转速数据。即:
n?式中， n — 转速，转/分钟
N — 采样时间内所计脉冲个数 T — 采样时间，分钟
m — 每旋转一周所产生的脉冲个数(通常指测速码盘的齿数)。 如果m=60，那么1 秒钟内脉冲个数N就是转速n， 即:
NN1?? （2-2） n?mT6060 通常m为60。
在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中，调节周期一般很短，相应的采样周期需取得很小，使得脉冲当量增高，从而导致整个系统测量精度降低，难以满足测控要求。提高采样速率通常就要减小采样时间T，而T 的减小会使采到的脉冲数值N下降，导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速) 增高，从而使得测量精度变得粗糙。通过增加测速码盘的齿数可以提高精度，但是码盘齿数的增加会受到加工工艺的限制，同时会使转速测量脉冲的频率增高，频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法的使用范围。而采用本文所提出的定时分时双频率采样法，可在保证采样精度的同时，提高采样速率，充分发挥微机智能测速方法的优越性及灵活性[4]。
N （2-1） mT3
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图2-1 系统原理图
各部分模块的功能：
（1） 传感器：用来对信号的采样。
（2） 放大、整形电路：对传感器送过来的信号进行放大和整形，在送入单片机进行数据的处理转换。
（3） 单片机：对处理过的信号进行转换成转速的实际值，送入LED。 （4） LED显示：用来对所测量到的转速进行显示。
2.2 转速测量计算方法
转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数，其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否，因此，转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统，其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。
对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中，电子式定时计数测量频率的方法一般有三种：
① 测频率法:在一定时间间隔t 内，计数被测信号的重复变化次数N ，则被测信号的频率fx 可表示为：
N (2-3) t fX?② 测周期法：在被测信号的一个周期内，计数时钟脉冲数m0，则被测信号频率fX?fc，其中，fc 为时钟脉冲信号频率。 m0③ 多周期测频法：在被测信号m1个周期内，计数时钟脉冲数m2，从而得到被测信号频率fx，则fx可以表示为fx?m1?fc?m2，m1 由测量准确度确定。
电子式定时计数法测量频率时，其测量准确度主要由两项误差来决定：一项是时基误差；另一项是量化±1误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个
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数量级时，这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法，测量相对误差为：
Er1 = 测量误差值/实际测量值×100 % = 1 ?100% （2-4）
?N????t?由此可见，被测信号频率越高，N 越大，Er1就越小，所以测频率法适用于高频信号(高转速信号)的测量。对于测周期法，测量相对误差为：
1?100%Er2= 测量误差值/实际测量值×100% = (fc?m0) （2-5） 对于给定的时钟脉冲fc，当被测信号频率越低时，m0越大，Er2就越小，所以测周期法适用于低频信号(低转速信号) 的测量。对于多周期测频法，测量相对误差为：
Er3 = 测量误差值/实际测量值×100% =
1?100%
?m1?fc?m2?（2-6）
从上式2-6 可知，被测脉冲信号周期数m1越大， m2就越大，则测量精度就越高。它适用于高、低频信号（高、低转速信号） 的测量。但随着精度和频率的提高， 采样周期将大大延长，并且判断m2也要延长采样周期，不适合实时测量。
根据以上的讨论，考虑到实际应用中需要测量的转速范围很宽，上述的转速测量方法难以满足要求。因此，研究高精度的转速测量方法，以同时适用于高、低转速信号的测量，不仅具有重要的理论意义，也是实际生产中的需要。
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3转速测量系统设计方案
3.1 直流电机转速测量方法
直流电机转速测量的方案选择一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性；再就是二次仪表的要求，除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。经过查找资料，综合资料分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才能最终选择一个最合适的方案。
目前国内外常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、闪光测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法。 (1) 离心式转速表测速法
离心式转速表是利用离心原理制成的测速仪表，可以直接读出转速。测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，插入前，应注意清除中心孔中的油污，并使转速表的轴与电机的轴保持同心，不可上下左右偏斜，否则易将表轴扭坏，并影响准确读数，而且转速表要间歇使用，以减少磨损和发热。如果要改变量程，还要将转速表取出停转后再改变量程。 (2) 测速发电机测速法
测速发电机测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出E?Cefn，在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表，即可读出转速。 (3) 闪光测速法
闪光测速法是利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上，将闪光灯的灯光照到电机转动部分(可在电机端轴上粘贴一张标记纸片)，当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时，此时脉冲的频率是与电机转动的转速是同步的。若脉冲频
r? 。 率为f，则电机的转速为n?60f???min?? (4) 光电码盘测速法
光电码盘测速法是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可利用光敏元件来接收到的光
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