实验四、光电传感器转速测量实验

一、实验目的

1.通过本实验了解和掌握采用光电传感器测量的原理和方法。
2. 通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。

二、实验原理

 直接测量电机转速的方法很多，可以采用各种光电传感器，也可以采用霍尔元件。本实验采用光电传感器来测量电机的转速。光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。

图4.1 光电传感器的工作方式

反射式光电传感器的工作原理见图4.2，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。

图4.2 反射式光电转速传感器的结构图

三. 实验仪器和设备
1. 计算机 n台
2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套
3. 并口数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1台
4. 开关电源（LDY-A） 1台
5. 光电转速传感器（LHYF-12-A） 1套
6. 转子/振动实验台（LZS-A）/(LZD-A) 1 台

四、实验步骤

1、启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标。

2、点击实验脚本文件“服务器端”的链接，运行该实验。如图4.3所示。

图4.3 转速测量实验（服务器端）效果图

3、在电机转子侧面上贴上反光纸，将光电传感器探头对准反光纸，调节传感器后面的灵敏度旋钮至传感器对反光纸敏感，对其它部位不敏感，然后启动实验台，调节转速旋钮使电机达到某一稳定转速。

4、设定合适的门限值，点击面板中的"开关"按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。
5.、调节电机转速至另一稳定转速，再次进行测量。

五、实验报告要求

1、简述实验目的和原理

2、根据实验步骤分析并整理转速测量结果

3、转速测量还可以采用其他哪些传感器进行？

4、采用光电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？

 

第二篇：转速测量和控制实验

转速测量和控制实验

一、实验目的：

1．了解磁电式、霍尔、光电测量转速原理；

2．了解PID转速控制原理以及实现方法。

二、需用器件与单元：

磁电式传感器、霍尔传感器、光电传感器、转动源、频率/转速表、直流源5－24V、智能调节仪、信号转换模块、NI数据采集卡（USB6251）、LABVIEW软件。

三、基本原理：

1. 磁电式测速原理：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：e??Nd?发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电dt

势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。

2. 霍尔测速原理：利用霍尔效应表达式：UH?KHIB，当被测圆盘上装有N只磁性体时，转盘每转一周磁场变化N次，霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。

3. 光电测速原理：光电转速传感器有反射型和透射型两种，本实验装置为透射型，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上，并转换成电信号。由于转盘上有等间距的6个透射孔，转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。

4. 转速控制原理：利用霍尔传感器检测到的转速频率信号经F/V转换后作为转速的反馈信号，该反馈信号与智能调节仪的设定转速比较后进行数字PID运算，调节电压驱动器，改变直流电动机电枢电压，使电机的转速逐渐趋近设定转速（设定值1500转/分—2500转/分）。转速控制原理如下图所示。

转速控制原理框图

四、实验步骤：

（一）转速测量实验

1．按下图安装磁电感应式传感器。传感器底部距离转动源约4-5mm，磁电式传感器的两根输出线同时接到频率/转速表和采集卡AI1通道。

磁电式传感器安装示意图

2．打开实验台电源，选择不同档位电压+5V、+6V、+8V、+10V、+12V（正极接+6V，负极接-6V）、+15V、+16V、+20V、+24V驱动转动源（注意正负极，否则烧坏电机）；

3. 运行LABVIEW程序“转速测量”，依次选择上述电压源，待电机转速稳定后，按下“采样”采集对应的转速和电压值，得到电压-转速曲线；

4. 将传感器换成霍尔式和光电式（+5V和地线都要接到实验台上），重复上面步骤。

（二）转速控制实验

1. 选择智能调节仪的控制对象为转速，并按下图连线。开启控制台总电源，打开智能调节仪电源开关。

2. 短按SET键，进入智能调节仪A菜单，仪表靠上的窗口显示“SU”，靠下窗口显示待设置的设定值。当LOCK等于0或1时使能，设置转速的设定值（参考值1500-2500）。

3. 长按SET键3秒以上，进入智能调节仪B菜单，靠上窗口显示“dAH”，靠下窗口显示待设置的上限报警值（参考值5000）。上限报警时仪表右上“AL1”指示灯亮。

4. 继续短按SET键，靠上窗口显示“ATU”，靠下窗口显示待设置的自整定开关，控制转速时无效。

5．继续短按SET键，靠上窗口显示“P”，靠下窗口显示待设置的比例参数值（参考值600）。

6. 继续短按SET键，靠上窗口显示“I”，靠下窗口显示待设置的积分参数值（参考值100）。

7. 继续短按SET键，靠上窗口显示“LOCK”，靠下窗口显示待设置的锁定开关，“0”允许A、B菜单，“1”只允许A菜单，“2”禁止所有菜单。继续短按SET键，回到初始状态。

8. 经过一段时间（20分钟左右）后，转动源的转速可控制在设定值，控制精度±2%。

转速控制实验连线图

五、思考题：

1．分析转速测量实验的误差来源和对数据结果的影响。

摩擦阻力会影响转速的测量；仪器本身的误差会对数据结果产生影响；电机启动后需要经过一定的时间才能够平稳转动，这会对数据结果产生影响。

2．观察实验并思考三个传感器中哪一个是光电传感器（自己动手安装的那个？透明支架那个？还是黑色支架那个？），说明你的判断依据。

黑色支架那个是光电传感器，因为是光敏元件，所以需要安放在黑盒之中。

3．转速自动控制的试验中使转速达到设定值大约用了多少时间？分析PID参数对转速智能调节的影响，实验过程中哪一组PID参数组合可以使转速准确高效的达到设定值？实验过程中是否遇到问题，你是如何分析和解决这些问题的。

转速达到设定值大约用了20分钟的时间，当P=500，I=120，D=0时，转速准确高效地达到设定值。