传感技术自学报告
通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，n=f/N，n为转速，f为脉冲频率，N为圆盘开孔数。
反射式光电传感器的工作原理见图1-4，主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。n?f 如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n?f/N。N ?反光片或反光贴纸的数量。
光电编码器又称光电轴角编码器和轴编码器等，以高精度计量圆光栅未检测元件，通过光电转换，将输入的角位置信息转换成相应的数字代码，并与计算机等控制器件及显示装置相连接，实现数字测量、数字控制
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与数字显示。目前光电传感器有了新的发展—棱镜式光电传感器。工作原理为光源发出通过圆心的光束，经过棱镜反射到光敏元件上。然后，随着棱镜的旋转，反射光输在圆周上呈现出连续变化，棱镜每转过60，光束扫过光敏元件一次，从而使光敏元件产生脉冲信号。该脉冲信号经放大整形后，经过测量所得的信号的频率和周期，即可得被测转速。 优点：1、抗干扰性好
光电转速传感器多采用LED作为光线投射部件，极少会出现光线停顿的情况，也不会存在灯泡烧毁等故障危险。另外，光电转速传感器的光源都是经过特殊方式调制的，有极强的抗干扰能力，不会受普通光线的干扰。
2、结构紧凑
光电转速传感器的结构紧凑，主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成，因此光电转速传感器的体积设计小巧、内部结构精致，一般重量不会超过200g，非常便于使用者的携带、安装和使用。
3、测量能力好
光电转速传感器的可采用光纤封装，可于测量微小的物体，特别是微小旋转体的测量，特别适用于高精密、小元件的机械设备测量。光电转速传感器的运行稳定，有良好的可靠性，测量的精度较高，能满足使用者的测量要求。
4、非接触式转速表
光电转速传感器采用光学原理制造，属于非接触式转速测量仪表，它的测量距离一般可达200mm左右。光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电转速传感器的测量误差更小，精度更高。
缺点：
持续工作时间不够长，容易坏掉。
1.2.3 离心式转速测量
离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过传动系统带动指针回转。当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。这就是离心式转速表的原理。测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易响准确读数。当离心器旋转时，重锤随着旋转所产生的离心力通过连杆使活动套环
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向上移动并压缩弹簧。当转速一定时，活动套环向上的作用力与弹簧的反作用力相平衡，套环将停在相应位置。同时，活动套环的移动通过传动机构的扇形齿轮传递给指针，在表盘上指示出被测转速的大小。显然，转速表指针的偏转与被测轴旋转方向无关。
由于离心力F＝m r?2，即离心力与旋转角速度的平方成正比，因而离心式转速表的刻度盘是不等分度的。为减小表盘分度的不均匀性，可恰当选取转速表的各种参量及测量范围，充分利用其特性的线性部分，达到使表盘分度尽量均匀的目的。便携式转速表通常利用变速器来改变转速表
（r／min）的量程。如LZ—30型离心式转速表就具有下列５个量程：30～
120，100～400，300～1 200， 1 000～4 000， 3000～12 000。在这种转速表的表盘上通常标有两列刻度，如分度盘的外围标有3～12，内圈标有10～40。它分别适用于两组量程。
离心式转速表的测量精度较低，一般在1到2级，但易于安装、便于使用。离心式转速表的优点是测量直观、读数方便、运行稳定、可靠性好，缺点则是结构复杂且精度低。
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第2章 总体方案设计
2.1 方案一
单衍射激光传感器测量工作原理: 向所测旋转物发射一小束窄激光束, 激光束经旋转体不同表面反射返回传感器的光强各不相同, 传感器将返回光束的光强的强弱转换成连续的电压信号, 信号经过控制器的门槛电路处理后就可以输出一定频率的数字信号。
由激光发射器发出的激光光束直接射到增压器压气机的叶片上, 叶片旋转时,不同表面沿原光束返回的光强各不相同, 其中叶片上边缘反射回来的光强最强, 其他斜坡面返回的光强较弱。即每一个叶片转过时光强感应器会返回一个强脉冲, 通过激光器控制器设定一个合适的门限值, 再通过信号处理电路将传感器控制器出来的信号整形为5 V 的适应于单片机系统捕捉的数字转速信号。激光测速系统采用测周法测量转速, 转速信号的捕捉采用单片机的T2 计数器的T2EX 口, 当T2EX 口检测到下降缘时, 触发一个中断, 并将当前计数器寄存器的值锁存RCAP 寄存器。因此, 通过两次中断连续读取RCAP 寄存器的值并相减即可计算出转速信号的周期, 进而确定当前转速。其计算公式为:
N = 60 ? 1/ ( RCAP2- RCAP 1) ? T 2EX ? N1
式中, N 为转速, r/ min, N1 为增压器叶片数目,RCAP2 为当前中断计数器值, RCAP1 为上次中断计数器值, T 2EX 为计数器计数时间间隔, s。 高精度激光转速测量系统硬件部分结构框图如下图所示：
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主要由激光传感器、激光传感器控制器、信号处理电路、单片机系统和LED 数字显示器等几部分组成。信号测量选用Keyence 单衍射激光传感器。它包括激光发射头和控制器两部分, 其中, 激光传感器实时发射激光并感应反射光强。控制器用于设定传感器工作模式和门槛电压。
电压比较电路由集成运算放大器MAX427 构成, 它能将传感器控制器出来的信号整形为5 V 方波信号。单片机系统是整个测试系统的核心部分, 它实时捕获外围测量系统传来的转速数字信号, 并根据叶片数目等初始设定, 计算出当前的转速122。然后实时地在LED 显示模块中显示转速值, 同时将转速值输山到AD 口以及RS232 通讯模块。本单片机采用的是AD 公司的ADuC812 微控制器, 它以8051 为核心, 包含电源监视器, 3 路16 位的时钟, 8 k 字节的Flash 用来存放程序, 640 字节的用户E2PROM, 256字节的内存, 看门狗, I2C 和SPI, 0SC( 系统时钟) 等,另外还有8 AD( AINO~ AIN7) , 两路DA( DAC0 和DACl) , 四个端口P0~ P3, 其中P1 与8 路AD共用管脚) 。其中T2 可作为数字输入捕捉计数器使用, 可以满足系统的要求。RS232 通讯接口用于与上位计算机或工控系统相连, 实现上位机与单片机间进行程序下载和数据传输。我们用集成的芯片进行电平转换, 选择RS232电平转换的典型的芯片Max 202 , 其电路图如图3所示。数据显示器选用LED 数码管。因为增压器转速最高只有几十万转每分钟, 可采用型号为4320 的数码管, 该数码管是由六个8 段发光二极管组成的6位数码管, 最大显示转速范围为999 999 r/ min, 能满足设计需要。数码管采用P0 口与P2 口加三极管共同驱动, ADUC812 的P0 口定义为数段选通开关, P2口定义为数字显示控制开关, 编程思路为: 如果开始时只接通其中第一路开关, 同时, 向P 2 口写入相应的数据, 然后, 关掉这路开关, 按顺序接通下一路开关, 也向P 2 口写入相应的数据, 这样循环不停, 由于人眼的视觉暂停特
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