项目5.2光电传感器在转速测量中的应用（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学版）

06 一月 2024 信息与控制分院 1 项目二 光电传感器在转速测量中的应用 一、项目目标 通过本项目的学习，使学生掌握光电传感器的基本原理，熟悉光电传感器的基本特性，掌握光电传感器的应用电路。 利用光电对射传感器设计一转速计，采用数字显示，测速范围：<1000转/秒。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 2 二、项目分析 在环境磁场较强的场合测速时，不适宜采用磁性传感器，而光电传感器则可以解决这一问题。利用光电传感器实现转速测量时，可以采用反射式光电传感器、对射式光电传感器，也可采用光电编码器来实现。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 3 采用光电反射式传感器测量转速时，只需在转轴上贴一张反光纸或涂黑的纸即可，反射式光电传感器示意图如图5.11所示。 图5.11 反射式光电传感器测量示意图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 4 实现起来简单、方便，每转一圈产生一个脉冲信号，一般用于便携式转速测量仪。实际应用中，通常采用红外光电传感器，这一类传感器目前也比较多，如ST602型，其外形结构及内部电路示意图如图5.12所示。 图5.12 ST602的外形结构及内部电路示意图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 5 ST602的测量距离为4～10mm，ST602的光电特性参数表如表5.3所示。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 6 采用对射式光电传感器测量转速时，转速测量示意图如图5.13所示。 5.13 对射式光电传感器转速测量示意图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 7 它是在转轴上安装一个圆盘，圆盘边缘开若干个孔（比如60个），这样圆盘每转一圈即可产生60个脉冲信号。如ST155对射式光电传感器，ST155的外形结构及内部电路示意图如图5.14所示。 5.14 ST155的外形结构及内部电路示意图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 8 ST155的光电特性参数表如表5.4所示。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 9 采用光电传感器实现转速测量时，要设计检测电路及信号处理电路，最终得到标准的脉冲信号（如TTL电平），电路比较复杂，但价格便宜，很容易实现一个测速系统。 除了使用光电传感器之外，还可以采用光电接近开关来实现。光电接近开关是将输入电路、输出电路、信号处理电路已经做成一个整体，其输出就是标准的脉冲信号，使用起来比较方便，其输出可直接接转速测量仪表。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 10 考虑到学习的需要，采用对射式光电传感器实现转速测量，检测电路如图5.15所示。 图5.15 光电传感器检测电路图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 11 根据参数，其输出电压最小值为2.5V，实际上其输出电压要大于此值，也可对输出的信号进行放大、整形。实现放大整形的电路可以采用集成运放进行放大、利用触发器实现整形，当然也可采用专用集成芯片来实现，如74HC14或CD40106等。 由于系统要求以数字显示实际转速，即要对整形后的信号进行计数并显示，对于这部分电路可以采用数字电路来实现，也可以用单片机来实现，而后一种应用较多，但若同学们还没有学习单片机的话，则只能使用前一种，即用数字电路来实现。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 12 考虑到同学在学习本门课程时，还没有学习单片机课程，所以我们采用数字电路来实现该项目。即用计数器在单位时间内对脉冲信号进行计数，这里的单位时间通常为1秒；而国际单位制中转速的单位为：转/分，即计数周期为1分钟，这样显得时间太长，也不太现实，为了项目实现的方便，我们采用红外光电直射传感器来实现，选有60个孔的的转盘，即每转一圈就得到60个脉冲信号，信号频率为实际转速的60倍，这样就可以采和1秒作为计数周期，其计数结果的单位即为转/分。 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 13 三、项目实施 1．电路原理 光电转速仪由光电转盘、对射式光电传感器、闸门、时基信号产生电路及计数与显示装置等部分组成，其整机电路原理图如图5.16所示。 图5.16 光电转速仪原理图 速度传感器的应用 06 一月 2024 信息与控制分院 14 图中光电转盘安装在被测转轴上，与被测轴同时转动。当光被遮住时，由光电传感器组成的检测电路输出为低电平（此时流过电阻R5的电