高精度便携式转速测量仪

王海峰(哈尔滨电工学院)

1  引言

随着电机控制技术的不断进步，对电机转速测量的精度和频率响应的要求越来越高^[1,2]。目前广泛应用的转速测量仪器高精度的测量很复杂，传感器与电机转轴的安装较困难，有时根本无法实现，而较简单的测量方法又无法得到高精度的转速测量值。为此设计一种简便、快速、高精度便携式的电机转速测量仪。

2测量原理

    为了实现高精度的测量，转速传感器选用光学编码器，编码器的转轴每旋转一周，在编码的信号输出端将产生2400个矩形脉冲，通过对编码器输出脉冲进行计数和脉冲周期的测量，即可测得与编码器同轴的电机的稳态转速和瞬态转速，可达到很高的测试精度。  很多的测量场合都为在线测量，在电机轴端安装固定式传感器不方便，所以考虑采用手持式，依靠编码器传动轴与被测电机轴端的摩擦实现转速的传递。为了避免编码器振动与损坏，传动轴与编码器的连接采用软连接方式。为了保证传动轴端与被测电机轴端有足够的摩擦力传递转矩，使转速测量准确，为此设计了如图1所示的软连传动装置。

    采用图1所示的软连装置，既可以保证测量的准确性，又可以避免旋转编码器受力损坏，同时在使用中简便易行，与MCS～96单片计算机可构成完善的各种速度测量装置，可广泛应用于电机控制与制造领域。

3硬件组成

    本测量装置由MCS一8098单片计算机、旋转光学编码器、输入整形电路和显示电路构成，其结构如图2所示。

    考虑到有些测量需保留整个测量过程的转速值，数据量较大，系统配置8K  E—PROM2764，8K RAM，MCS一8098为复用总线，用74LS373实现数据与地址低8位的分离，MCS一8098的ALE信号有效时，74LS373的输出锁定数据为地址总线的低8位。装置的显示部分由共阴极LED数码管实现，74LS273八D锁存器输出锁存字型码，HS02～HSO5为MCS一8098高速输出信号引脚，用其输出数码显示位的选择。

    电机转速信号是由编码器测出的，编码器的输出经过整形电路后变成矩形脉冲。这一信号分别送入HSI_o和HSI_i，HSI为高速输入引脚。HSI₀设置为计数工作方式，对转速脉冲信号进行计数，HSI1设置为定时工作方式，对转速脉冲计数时间进行定时及转速脉冲的周期进行测量，从而测得电机稳态或瞬态的转速值。

4软件编制

    编码器的输出为一系列脉冲信号(见图3)，其分度是非常精确的。对电机稳态转速的测量可以计数单位时间内编码器的输出脉冲数。设在tc时间内计数的脉冲数为N₁，则有下述算式：

     式(1)中n_c为被测电机的稳态转速。通常可以取定时时间t_c为1_s。设由MCS一8098的高速输入引脚HSI_o．对编码器的输出脉冲计数，在计数的起始时刻启动HSI。脚开始定时，定时1_s后引起中断，并读入HSI。脚输入脉冲的计数值。经过式(1)的运算即可得出稳态转速值。电机稳态速度测量软件框图如图4所示。

    当对被测电机的瞬态转速进行测量时，考虑到编码器的分度非常精确，为提高测量的频率响应可以测量编码器输出脉冲的一个脉冲的周期。通过运算得出电机的瞬态转速。设编码器输出脉冲的周期为t_c，则有电机的瞬态转速n_v：

  在对电机的瞬态转速测量时，MCS一8098的HSI。引脚作为计数器输入，且设定为上升沿有效，同时编码器的输出脉冲接至HSI1引脚。这一上升沿在计数有效的时刻触发，使定时器开始定时，当HSI。接收到下一个脉冲的上升沿时刻引起中断，同时读出定时时间值，即可计算出被测电机的瞬时转速值。

5结语

该测量装置操作简便，测量准确，采用光学编码器为转速传感器，并设计为非固定安装式，扩大了装置的使用范围。该装置可对各类电机进行稳态和瞬态转速的快速测量，在电的科研与生产中有广泛的应用价值.

参考文献

1王宗培，陈敏祥，姜淑忠．可变步距角混合式步进电动机的驱动系统．电工电能