红外光电转速测量仪

　　红外光电转速测量仪

　　在工业生产和科学实验中,转速的测量是一个很重要的问题。有关测量转子速度的方法也比较多,可大多比较复杂。本文介绍一种非接触式的红外光电转速测量仪,安装方便,对周围的环境要求也不高,可以很容易的完成转速的测量。测试范围从10r/min到100 000r/min,具有较宽的动态测量范围,测量精度也比较高。

　　1　测量原理

　　图1为红外光电测速仪测量原理框图,测速仪由光电传感器和方框图内的二次仪表组成。红外光电传感器发出的光,聚焦到被测的旋转轴上,光由转轴反射后,再聚焦到传感器光电探测器的光敏面上。在旋转轴上,粘贴一高反射率的矩形铝箔,当转轴旋转时,每转一圈,光电探测器将会输出一脉冲信号。该脉冲信号在光电传感器内经过前置放大后送入二次仪表进行信号处理。在二次仪表内,脉冲信号经过整形处理后,形成规则的矩形脉冲,该脉冲信号再经过60倍频后,送入单片机进行处理计算。在单片机内,利用两个定时/计数器T0和T1相结合的方法对脉冲信号进行定时计数,实现转子转速的测量计算,计算出的转子转速信号可以直接进行数字显示,也可以通过串行口输出。

　　2　测试系统

　　光电转速测量仪由一次仪表即红外光电传感器和二次仪表即信号处理计算系统组成。

　　2·1　红外光电传感器

　　红外光电传感器采用传统的光电自准直式结构,利用高灵敏度的光电探测器作为检测元件,包括光学成像系统及前置放大电路两部分。

　　(1)光学成像系统

　　图2为我们采用的光路结构图。高功率的单色发光二极管发出的波长为0·94μm的红外光经过孔径光栏入射到半透半反镜,然后由聚光镜将光点聚到转子的表面上,根据光路可逆原理,聚光镜和半透半反镜又将转子表面上的光点成像到光电探测器光敏面上。该结构为自准直式光电传感器结构,入、反射光线沿光轴传播,安装调整较为方便。半透半反镜镀以中心波长为0·94μm的薄膜,以阻止一些影响光电检测的杂散光线进入光学系统。

　　聚焦在旋转轴上的光斑的大小直接影响到测量的灵敏度,在旋转速度一定时如果光斑比较小,那么光斑渡越矩形反射区间的时间很快,反应到脉冲波形上,上升沿将会比较陡。如果光斑比较大,那么光斑渡越矩形反射区间的时间相对慢一些,因而其输出的脉冲信号的上升沿将会有一定的坡度。对于频率测量来说,脉冲信号的上升沿越陡,频率测量分辨率越高。因此要对聚焦光斑的大小分析计算。聚光镜位置的计算,聚焦光斑大小的计算,主要依据几何光学的成像公式: