基于电磁场的转速检测模块设计毕业论文.docVIP

第一章 引言 1.1 本设计的研究背景 在工业过程的实时控制中，转速的检测与控制一般占有很大的比重。它对系统的稳态误差及动态响应性能都有着至关重要的影响。对于此类应用来讲，一个在较大速度范围内具有高分辨率的快捷而准确的测速系统是必不可少的。传统的模拟式测速仪器受非线性、温度的变化和元件的老化等因素的影响，在转速检测的过程中很难满足对快速性和准确性的要求。同时传统的模拟式测速仪采用大量的晶体管或电子管，体大笨重，携带困难，会给调试工作带来很大不便。 随着数字电子技术和半导体技术的发展，传统的测速仪器逐渐趋于淘汰。同时，越来越多的人开始关注转速测量这一领域，而采用新技术和新方法的测速仪器仪表被越来越多的人所接受并采用。 1.2 转速测量仪器的发展 随着科学技术的发展和人类认识自然的阶段性发展过程，转速测量仪器以时间为顺序出现过以下几种： 运用了机械力学的离心式转速测量； 运用了磁力和机械力的磁性式转速测量； 使用电动机与转轴转速同步的电动式转速测量； 运用了电磁学的磁电式转速测量； 利用视觉暂留原理的闪光式转速测量； 随着电子技术快速发展出现的电子式转速测量； 即使以上的测量方法有些早已经成为历史，但这些转速测量方法都有各自的独特之处，它们反映出了一个时期科学技术水平的特征。而电子式的转速测量方法，正是当前电子科学技术特征的体现。 1.3 转速测量的现状 时代的发展迅速，随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍开始采用以单片机为核心的数字式测量方法，而智能化微处理器代替了一般的机械式或模拟式结构。 当前应用于转速的测量或信号频率的测量中的常见方法有三种： 采用霍尔传感器的方法 使用霍尔传感器的方法和原理为，将一块永久磁钢固定在转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。然后通过对此脉冲信号的频率进行测量来实现转速的测量。霍尔开关传感器由于其体积小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，在测量转动物体旋转速度领域被广泛应用[1]。 采用光电编码器的方法 光电编码器则是根据圆光栅莫尔条纹的位移放大原理制成的光电传感器，它可以用于精细测角与测速。光电编码器与转轴同轴安装后，在扫描转子转动过程中采集光电编码器的输出信号。通过对此电信号进行处理，便可得到转子的转速信息[2]。 直接处理脉冲信号的方法 此方法所需测量的频率的信号为脉冲信号，通过对其直接进行采集和处理来进行计算。被测信号的频率低的时候，可以直接通过记录并计算固定时间内的高电平（或低电平）跳变次数来获得频率。被测信号的频率高的时候，可以先通过分频的方式处理信号，使处理器的采样率能适合于信号的频率，之后的计算方法基本与低频率时相同，不同的只是需要将信号的N分频考虑进去计算。 以上的三种方法各有各的优点和缺点。使用霍尔传感器和光电编码器的方法进行测量，需要对被测目标本身进行改装或加装的工作，对于测量精度要求高的固定设备，采用这两种方法是不错的选择。但是由于这两种方法对被测目标的改装和加装要求，使得采用这两种方法在小空间中进行测量时会有不便，并且在被测目标上加装的装置会影响被测目标的向心力矩等参数使得被测目标的转动受到影响，同时采用这两种方法的测速设备便携性不强，需要测量时，就要改装或加装，非常不方便。而直接采集脉冲信号的方法，适用范围很小。采用霍尔传感器和光电编码器测量的方法在传感器的输出端输出的就是脉冲信号，可以说直接测量脉冲信号的方法是残缺的方法，它所缺少的要素是对所测信号的有效处理。当被测信号为脉冲信号时，用此方法可以省去许多复杂的步骤，同时使用此方法的设备便携性较强，成本也比较低。但是如果所需要测量的信号不是脉冲信号而是正弦波、三角波甚至其它形式的完全无规律的波动，那么采用这个方法就显得捉襟见肘了。 1.4 本设计的意义 随着数字电子技术和高速器件的发展，工业控制中的转速测量方法和频率测量方法也越来越先进，在航天、电子、测控等领域都有转速测量和频率测量的应用出现。根据CNKI中国知网的学术文献统计，从1996年到2008年，对转速测量这一内容的学术关注度一直在上升，在2008年5月份转速测量的学术关注度达到了CNKI中国知网学术趋势所统计的资料在12年内的最高点。而本文所研究的内容是如何弥补目前流行的转速频率测量方法的缺点，因此本文的研究内容具有一定的价值和意义。 第二章 模块整体方案设计 2.1 本设计进行转速测量的原理 本文中所研究的转速测量方法，不使用霍尔传感器和光电编码器对被测信号进行采集和转换，同时目标是设计成一种便于携带的设备。但是要求被测信号的类型