高精度便攜式轉速測量儀

王海峰(哈爾濱電工學院)

1  引言

隨著電機控制技術的不斷進步，對電機轉速測量的精度和頻率響應的要求越來越高^[1,2]。目前廣泛應用的轉速測量儀器高精度的測量很復雜，傳感器與電機轉軸的安裝較困難，有時根本無法實現，而較簡單的測量方法又無法得到高精度的轉速測量值。為此設計一種簡便、快速、高精度便攜式的電機轉速測量儀。

2測量原理

    為了實現高精度的測量，轉速傳感器選用光學編碼器，編碼器的轉軸每旋轉一周，在編碼的信號輸出端將產生2400個矩形脈沖，通過對編碼器輸出脈沖進行計數和脈沖周期的測量，即可測得與編碼器同軸的電機的穩態轉速和瞬態轉速，可達到很高的測試精度。  很多的測量場合都為在線測量，在電機軸端安裝固定式傳感器不方便，所以考慮采用手持式，依靠編碼器傳動軸與被測電機軸端的摩擦實現轉速的傳遞。為了避免編碼器振動與損壞，傳動軸與編碼器的連接采用軟連接方式。為了保證傳動軸端與被測電機軸端有足夠的摩擦力傳遞轉矩，使轉速測量準確，為此設計了如圖1所示的軟連傳動裝置。

    采用圖1所示的軟連裝置，既可以保證測量的準確性，又可以避免旋轉編碼器受力損壞，同時在使用中簡便易行，與MCS～96單片計算機可構成完善的各種速度測量裝置，可廣泛應用于電機控制與制造領域。

3硬件組成

    本測量裝置由MCS一8098單片計算機、旋轉光學編碼器、輸入整形電路和顯示電路構成，其結構如圖2所示。

    考慮到有些測量需保留整個測量過程的轉速值，數據量較大，系統配置8K  E—PROM2764，8K RAM，MCS一8098為復用總線，用74LS373實現數據與地址低8位的分離，MCS一8098的ALE信號有效時，74LS373的輸出鎖定數據為地址總線的低8位。裝置的顯示部分由共陰極LED數碼管實現，74LS273八D鎖存器輸出鎖存字型碼，HS02～HSO5為MCS一8098高速輸出信號引腳，用其輸出數碼顯示位的選擇。

    電機轉速信號是由編碼器測出的，編碼器的輸出經過整形電路后變成矩形脈沖。這一信號分別送入HSI_o和HSI_i，HSI為高速輸入引腳。HSI₀設置為計數工作方式，對轉速脈沖信號進行計數，HSI1設置為定時工作方式，對轉速脈沖計數時間進行定時及轉速脈沖的周期進行測量，從而測得電機穩態或瞬態的轉速值。

4軟件編制

    編碼器的輸出為一系列脈沖信號(見圖3)，其分度是非常精確的。對電機穩態轉速的測量可以計數單位時間內編碼器的輸出脈沖數。設在tc時間內計數的脈沖數為N₁，則有下述算式：

     式(1)中n_c為被測電機的穩態轉速。通常可以取定時時間t_c為1_s。設由MCS一8098的高速輸入引腳HSI_o．對編碼器的輸出脈沖計數，在計數的起始時刻啟動HSI。腳開始定時，定時1_s后引起中斷，并讀入HSI。腳輸入脈沖的計數值。經過式(1)的運算即可得出穩態轉速值。電機穩態速度測量軟件框圖如圖4所示。

    當對被測電機的瞬態轉速進行測量時，考慮到編碼器的分度非常精確，為提高測量的頻率響應可以測量編碼器輸出脈沖的一個脈沖的周期。通過運算得出電機的瞬態轉速。設編碼器輸出脈沖的周期為t_c，則有電機的瞬態轉速n_v：

  在對電機的瞬態轉速測量時，MCS一8098的HSI。引腳作為計數器輸入，且設定為上升沿有效，同時編碼器的輸出脈沖接至HSI1引腳。這一上升沿在計數有效的時刻觸發，使定時器開始定時，當HSI。接收到下一個脈沖的上升沿時刻引起中斷，同時讀出定時時間值，即可計算出被測電機的瞬時轉速值。

5結語

該測量裝置操作簡便，測量準確，采用光學編碼器為轉速傳感器，并設計為非固定安裝式，擴大了裝置的使用范圍。該裝置可對各類電機進行穩態和瞬態轉速的快速測量，在電的科研與生產中有廣泛的應用價值.

參考文獻

1王宗培，陳敏祥，姜淑忠．可變步距角混合式步進電動機的驅動系統．電工電能