[信息与通信]第17章 光电传感器的应用.ppt

第17章 转速测量系统的设计 17.1 设计任务 17.1 设计任务 在生产中，物体转速的准确测定常关系到产品质量和工效。例如水电发电机叶轮的转速是计算发电机电功率必不可少的数据。 ◆本章将利用光电传感器设计转速测量仪，关于电路的仿真是基于Multisim和LabVIEW这两种软件基础之上的联合仿真：在Multisim中的主要工作是模拟光电传感器的输入输出特性、对光电传感器的输出信号进行滤波及波形转换处理，使其最终的输出信号为方波。 17.1 设计任务 ◆在LabVIEW中的重要工作是设计转速器，本文在M-ultisim中所选用的电路输出信号的频率与转速的关系为1：1的关系，所以在本文中测量转速实际也就是测量频率。最后在Multisim原有的与LabVIEW的接口模块中插入转速器，然后进行编译，使得在La-bVIEW中的虚拟仪器能被Multisim调用。通过本设计，需要掌握以下内容： 1）能利用光电传感器测量转速的原理，在Multisim 中 建立光电传感器的模型。 2）掌握在LabVIEW中设计转速器的三种方法。 3）熟悉光电传感器转速测量的原理。 17.2 电路原理与设计 17.2.1 光电测量原理 光电测量结构原理图如图17-1所示： 17.2 电路原理与设计 ◆在遮光盘的同心圆上均匀分布若干个通光孔，光电传感器固定在遮光盘工作的位置上，且工作时光线应该通过通光孔照在光电传感器上。所以，遮光盘转动一周，光电传感器感光次数与盘的通光孔数目相等。因此，产生相同数目的脉冲信号。对脉冲信号进行滤波和整形后，通过在固定时间内测量相应的脉冲个数，就可以计算出转速。 ◆直流电机转速的计算公式为： 式中：n为直流电机转速，N为遮光盘上的通光孔的个数，m为固定时间内测得的脉冲数，T0为固定的时间。 17.2 电路原理与设计 17.2.2 仿真模型的建立 ◆在Multisim10中所作的主要工作是对光电传感器的特性进行仿真，其电路图如图17-2所示： ◆由图可以知道，可调电阻RW和VV1模拟了电机的可调电压源，功能控制模块F、压控方波P和压控开关J模拟了转盘的转速和通光孔的通光情况。光电耦合器D模拟了光电传感器的开关工作特性。 ◆这个电路的工作原理是，当RW变化时，F的输出电压也跟着近似直线的变化，F的方程式是经过测量实验室的转速测量实验的输入电压和输出频率之间的关系用最小而乘法拟合出来的。在这里P的输入电压和输出频率的关系为1:1，如图17-3的设置，所以通过P模块电压大小的变化转化成了频率的变化，输出的压控方波幅值为±2V，频率根据控制电压的变化而变化。 17.2 电路原理与设计 ◆ VD模拟了光电传感器的开关工作特性，既J闭合时（通光孔通光时）D就接通一次。因为这里所设计转速与频率的关系是1:1的关系，所以测得的转速也就是频率。电路最后接74LS132N除了将输出信号进行与非操作外，还可使波形进行整形使输出标准的矩形波信号。 17.2 电路原理与设计 17.2.3 模型仿真分析 ◆下面对图17-2所示的光电传感器仿真模型进行仿真分析。首先对电路进行瞬态分析观察7点和1点的波形，如图17-4所示，7点的波形为压控方波模块输出波形，改变滑动变阻器的中心抽头的位置可控制功能控制模块的输出电压值，从而控制7点输出方波的频率，方波幅值的范围为-2V～2V；1点波形为光电耦合器左端的波形。 17.2 电路原理与设计 17.2 电路原理与设计 ◆再对电路进行瞬态分析，观察14点和3点的波形，如图17-5所示，其中3点波形为三极管基极的波形，14点为放大电路输出端波形，经晶体管放大电路后，输入输出波形相位相反。 17.2 电路原理与设计 ◆74LS132N对14点输出的波形进行整形并反相后，输出波形如图17-6中未标记波形所示，其中已标记波形为14点的输出波形。 17.3 LabVIEW频率计的设计 17.3.1 功率谱法测量频率 功率谱法测频率的设计思路的流程图如图17-7表示： 17.3 LabVIEW频率计的设计 17.3 LabVIEW频率计的设计 ◆把从Multisim里取出的信号通过For Loop ，利用For Loop对数组的自动索引功能，对于输入波形，每次循环自动读出一个数组波形。接着再取出这个波形的Y值。利用求平均值模块，对Y求平均值。紧接着求取Y 与Y的平均值的差，