XPAN JIAOTONG UNVERSITY 《工程训练》之 工业系统的测量 陈永森 工程训练中心 2004年12月 讲义V11
XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY 工业系统的测量 陈永森 工程训练中心 2004年12月 《工程训练》之一 讲义 V 1.1
第七讲转速测量及频压转换 引 >现实生活中,我们经常需要获取物体运动 的速度,比如:汽车是否超速?摩托车的 速度表,控制系统中电机的转速等等。 ≯实际测量中线位移的测量比较麻烦(测量 装置尺寸很大),一般转换为角位移的测 量。同样,线速度的测量一般转换为角速 度的测量。这种转换很容易,比如使用 个从动轮即可。 >思考:如何获得机器人当前运行的速度? Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-1 第七讲 转速测量及频压转换 引言 ➢现实生活中，我们经常需要获取物体运动 的速度，比如：汽车是否超速？摩托车的 速度表，控制系统中电机的转速等等。 ➢实际测量中线位移的测量比较麻烦（测量 装置尺寸很大），一般转换为角位移的测 量。同样，线速度的测量一般转换为角速 度的测量。这种转换很容易，比如使用一 个从动轮即可。 ➢思考：如何获得机器人当前运行的速度？
第七讲转速测量及频压转换 引言—转速的测量方法 >光电编码盘 nf 码盘+光电反射式 码盘十光电透射式 其他方法:GPS定位 >直接通过f来测转速 单位时间的脉冲数k 经历固定脉冲数所花的时间t >FV转换 Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-2 第七讲 转速测量及频压转换 引言——转速的测量方法 ➢光电编码盘 n➔f ➢码盘＋光电反射式 ➢码盘＋光电透射式 ➢其他方法：GPS定位 v = dx/dt ➢直接通过 f 来测转速： ➢单位时间的脉冲数k ➢经历固定脉冲数所花的时间t ➢F-V转换
第七讲转速测量及频压转换 引 速度测量中通常需要进行机械上的速度升降, 以适合于传感器的测量范围。 实现速度升降的常见机构有:带轮、链轮、齿 轮、摩擦轮等。本实验中我们使用带轮机构 本讲我们使用“码盘+光电对管”作为速度传 感器,实现转速n>频率f。码盘一般于被测轮 同轴安装。 >为了把频率f>电压mn,还需要一个频压转换 (F-V)器件。此处,我们使用2907实现频压转 换 Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-3
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-3 第七讲 转速测量及频压转换 引言 ➢ 速度测量中通常需要进行机械上的速度升降， 以适合于传感器的测量范围。 ➢ 实现速度升降的常见机构有：带轮、链轮、齿 轮、摩擦轮等。本实验中我们使用带轮机构。 ➢ 本讲我们使用“码盘＋光电对管”作为速度传 感器，实现 转速n→频率f。码盘一般于被测轮 同轴安装。 ➢ 为了把频率f→电压uo，还需要一个频压转换 （F-V）器件。此处，我们使用2907实现频压转 换
第七讲转速测量及频压转换 本讲内容(4课时) 带传动机构 光电信号转换 码盘式转速测量原理 >转速测量中的信号调理 >训练内容1:光电对管输出电平观察 训练内容2:整形电路测试 训练内容3:光电码盘与整形电路测试 >训练内容4:FV转换特性测试 >训练内容5:FV转换纹波与响应速度 Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-4 第七讲 转速测量及频压转换 本讲内容（4课时） ➢带传动机构 ➢光电信号转换 ➢码盘式转速测量原理 ➢转速测量中的信号调理 ➢训练内容1：光电对管输出电平观察 ➢训练内容2：整形电路测试 ➢训练内容3：光电码盘与整形电路测试 ➢训练内容4： F/V 转换特性测试 ➢训练内容5： F/V 转换纹波与响应速度
分971带传动机构 R R n2 变速比:=n2R R2 输入轮 输出轮 >工作原理:由两个带轮和一条传动带组成,靠传动带与轮之间的 摩擦力传递运动和动力,一般用于两个平行轴之间传递定轴转动 主动轮也称原动轮、输入轮从动轮也称被动轮、输出轮。输入 轮常由电动机、芮燃机等原动机拖动。 普伎z餡藏毂您两笨篦:传题转纷冲、吸收振动、具有过载安全性, 缺点:传动带与轮之间存在相对滑动,使传动精度降低,不适于频繁改变 转动方向的场合。为减少滑动,要增加传动带与带轮之间的摩擦,或将传 动带张紧,但这将增大轮轴的径向压力,从而加剧轴和轴承的磨损,降低 机械效率 Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-5
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-5 §7.1 带传动机构 ➢ 工作原理：由两个带轮和一条传动带组成，靠传动带与轮之间的 摩擦力传递运动和动力，一般用于两个平行轴之间传递定轴转动 和动力。 ➢ 主动轮也称原动轮、输入轮。从动轮也称被动轮、输出轮。输入 轮常由电动机、内燃机等原动机拖动。 ➢ 带传动的主要优点：结构简单，可以缓冲、吸收振动、具有过载安全性， 可以在距离较远的两个轴之间传递转动。 ➢ 缺点：传动带与轮之间存在相对滑动，使传动精度降低，不适于频繁改变 转动方向的场合。为减少滑动，要增加传动带与带轮之间的摩擦，或将传 动带张紧，但这将增大轮轴的径向压力，从而加剧轴和轴承的磨损，降低 机械效率。 2 1 1 2 n R i n R = = R n R n 2 2 1 1 = 变速比： 输入轮 R R 2 1 输出轮 n1 n2
分972光电信号转换 光电传感器 >光电器件的工作原理: 电流的作用能使硅材料发出可见光或红外线 反之,光的照射能改变硅材料的导电性能 >光电传感器:把光信号转换为电信号的光电耦合器件 >作用:检测可见光和不可见光。 >种类:光电二极管、光电三极管、集成光电传感器等 三极管:开关特性。可以看作可控开关 集电极c 基极b 控制 等效于可控开关 开 关 发射极e Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-6
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-6 §7.2 光电信号转换 光电传感器 ➢ 光电器件的工作原理： ➢ 电流的作用能使硅材料发出可见光或红外线 ➢ 反之，光的照射能改变硅材料的导电性能。 ➢ 光电传感器：把光信号转换为电信号的光电耦合器件 ➢ 作用：检测可见光和不可见光。 ➢ 种类：光电二极管、光电三极管、集成光电传感器等 ➢ 三极管：开关特性。可以看作可控开关 控制 开 关 基极b 集电极c 发射极e 等效于可控开关 c b e
分972光电信号转换 光电对管 +10V +10V 限流15k2 5.lkQ 电阻 截止>E 发光 ib 二极管 极管 0.3 导通 思考:如何把输出逻辑变反?透光→1;遮光→0 +10V +10V +10V +10V R IOkQ 1.5kg 5.lkQ +10V R IOkQ b 光电 极管 发光 b 光电 e三极管 10V 1.5k 5.lkQ Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-7
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-7 +10V -10V - + R 10k R 10k §7.2 光电信号转换 光电对管 +10V c e uo +10V 光电 三极管 发光 二极管 1.5k 5.1k b uo /V t E 0.3 导通 截止 思考：如何把输出逻辑变反？透光➔1；遮光➔0 +10V c e uo +10V 光电 三极管 发光 二极管 1.5k 5.1k b +10V c e uo +10V 光电 三极管 发光 二极管1.5k 5.1k b 限流 电阻
分873码盘式转速测量原理 脉冲信号 +10V 1.5kg2 5.lkQ E 发光 光电 二极管 e三极管 0.3 f∝n 波形不适当 整形 传感器 信号调理电路 脉冲 电压 转速n光电信号整形 F/V 对管 电路 转换电路 号显示装置 Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-8
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-8 §7.3 码盘式转速测量原理 光电编码盘 +10V c e uo +10V 光电 三极管 发光 二极管 1.5k 5.1k b uo /V t E 0.3 脉冲信号 f n 传感器 信号调理电路 码盘 光电 对管 F/V 转换电路 显示装置 转速 n 整形 电路 脉冲 信号 电压 信号 波形不适当 整形
分974转速测量中的信号调理 >问题:光电对管的输出u并非理想的矩形脉冲信号,可 能会引起误码 >解决:用比较器对u进行整形,使上下沿变陡。 u=AV 0 E +10V +10V 100kc r ∧L 51kQ2 a)输入输出特性 (b)整形电路 Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-9
Industry Training Center 《工程训练》——转速测量及频压转换 7-9 §7.4 转速测量中的信号调理 脉冲整形 ➢ 问题：光电对管的输出uo并非理想的矩形脉冲信号，可 能会引起误码 ➢ 解决：用比较器对uo进行整形，使上下沿变陡。 Vi=Vr -ui uo=AVi ui>Vr Vi0 E uo ui Vr 0 +10V ui (a)输入输出特性 (b)整形电路 +10V + - 4 11 51k 100k Vr uo