专利名称：检测旋转物体转速的处理系统及方法
技术领域：
本发明涉及电气测量系统制造技术领域，特别涉及一种检测旋转物体转速的处理系统及方法。
技术背景
电机转速测量领域中应用的转速传感器有反射式光电对管(光电传感器)测速装置以及光电式码盘、增量式编码器、绝对式编码器、测速发电机等转速传感器。
反射式转速传感器以其结构最简单，勿需与旋转部件连接而得到较为广泛的应用。通常情况下，由于每旋转I周产生一个脉冲信号，因此其转速测试精度不高、实时性不好，而且不适用于低速测量；光电式码盘转速传感器通常集成于转矩转速传感器内，在一些教学用的电机实验设备中与电机同轴联接，一般在旋转圆盘上均匀分布60个齿，该种传感器虽然提高了转速测试精度和实时性，但是安装较复杂，且不能判断旋转物体的转动方向，实际工程上很少应用； 增量式编码器是基于霍尔效应和光电效应研制的，用于测量转速、相对位移和电机控制中的磁极定位，可以判断转速的正反向。转速测量精度取决于码盘上所刻透光栅的线数， 线数越多，转速测量精度越高，相对定位越精确，但是制造工艺也就越复杂，而且在高速时检测环境的电磁干扰也就越强，导致硬件设计较困难。传感器不易安装和拆卸、并且价格较闻;绝对式编码器且可以实现转速检测、磁极定位和绝对位置检测。其测量精度取决于传感器所输出的位数，位数越多，转速和位置检测的精度越高，该类传感器同样存在增量式编码器的缺点，且输出的位数越多，其输出信号所用信号线也越多，其价格相对也最高；测速发电机在全测速范围内的测速线性度不易实现、需要专门的模拟转换模块将发电机的电压信号转换为转速信号，电机本体的温度变化也会影响到转速的测量精度，而且安装比较困难。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种检测旋转物体转速的处理系统和方法，采用多个光电传感器、特制的码盘和新型安装形式实现对实时旋转物体的转速测量， 实现了数字化通讯的高精度速度测量。
本发明通过以下技术方案实现一种检测旋转物体转速的处理系统，包括圆形光电码盘，圆形光电码盘的圆周上设置有若干通光孔；圆形PCB板，包括依次电性连接的若干设置在圆形PCB板的圆周上的速度采样单元、 用以将采集到的信号整形放大为一匹配信号的信号整形放大单元，以及用以处理匹配信号的处理单元，若干通光孔经过一个速度采样单元时产生一系列脉冲信号；圆形PCB板与圆形码盘通过一轴承连接；其中，当圆形光电码盘旋转一周，只在四分之一周内产生脉冲信号。
较佳的，通光孔设置在圆形光电码盘的四分之一圆周上、速度采样单元均匀设置在圆形PCB板的圆周上；或，通光孔均匀设置在圆形光电码盘的圆周上、速度采样单元设置在圆形PCB板的四分之一圆周上。
较佳的，轴承的内部包括顶针，滑动连接在轴承的内部，用以定位保证旋转过程中的同轴度。
限位组件，连接在轴承内部的两端，用以限制顶针的伸出和后退的距离；弹性组件，设置在顶针与限位组件之间，用以使顶针保持原位。
较佳的，环形组件包括内环和外环，外环与轴承内部丝扣连接，内环表面光滑便于顶针移动。
较佳的，限位组件包括用以限制顶针的伸出距离的环形组件以及用以限制顶针的后退距离的螺丝。
较佳的，检测旋转物体转速的处理系统还包括连接组件，设置在转轴上的顶针的伸出端外侧，用以将检测旋转物体转速的处理系统与一被测物体连接。
较佳的，速度采样单元为光电传感器。
较佳的，检测旋转物体转速的处理系统还包括通讯单元，用以输出处理单元的输出信号。
较佳的，检测旋转物体转速的处理系统还包括共阴数码管，用以直观显示处理单兀的输出信号。
一种检测旋转物体转速的方法，采用上述的检测旋转物体转速的处理系统，按如下步骤执行51、将检测旋转物体转速的处理系统连接到被测物体上进行转速采样，当圆形光电码盘旋转一周，只在四分之一周内产生一系列脉冲信号；52、信号整形放大单元将采集到的脉冲信号整形和放大，得到处理单元匹配的信号；53、处理单元进行选通判断和信号状态判断；54、处理单元计算得出转速值和旋转方向。
图I为本发明一种检测旋转物体转速的处理系统的侧视图；图2为本发明一种检测旋转物体转速的处理系统中圆形光电码盘的结构示意图；图3为本发明一种检测旋转物体转速的处理系统中速度采样单元的分布示意图；图4为本发明一种检测旋转物体转速的处理系统中轴承的结构示意图；图5为本发明一种检测旋转物体转速的处理系统中速度采样单元和信号整形放大单元的电路图；图6为本发明一种检测旋转物体转速的处理系统的工作流程图。
符号说明1:圆形光电码盘2:通光孔3:圆形PCB板4:速度采样单元5:轴承52:顶针53:弹性组件54:螺丝 55:磁铁56:环形组件具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参考图1-4，一种检测旋转物体转速的处理系统，包括圆形光电码盘1，圆形光电码盘I的圆周上设置有若干通光孔2 ;圆形PCB板3，包括依次电性连接的若干设置在圆形PCB板的圆周上的速度采样单元4、用以将采集到的信号整形放大为一匹配信号的信号整形放大单元，以及用以处理匹配信号的处理单元，若干通光孔2经过一个速度采样单元4 时产生一系列脉冲信号；圆形PCB板3与圆形码盘I通过一轴承5连接；其中，当圆形光电码盘I旋转一周，只在四分之一周内产生脉冲信号。为了达到所述的只在四分之一周内产生脉冲信号，可以通过两种方案实现1、通光孔2设置在圆形光电码盘I的四分之一圆周上、速度采样单元4均匀设置在圆形PCB板3的圆周上，通过增加通光孔2的数量可以提高测量精度；2、通光孔2均匀设置在圆形光电码盘I的圆周上、速度采样单元4设置在圆形 PCB板3的四分之一圆周上，通过增加速度采样单元4可以增加测量精度。
轴承5的内部包括顶针52，滑动连接在轴承的内部，用以定位保证旋转过程中的同轴度。限位组件，连接在轴承内部的两端，包括用以限制顶针的伸出距离的环形组件56 以及用以限制顶针的后退距离的螺丝54，用以限制顶针的伸出和后退的距离，环形组件包括内环和外环，外环与轴承内部丝扣连接，内环表面光滑便于顶针移动；弹性组件53，设置在顶针52与限位组件之间，用以使顶针52保持原位。
在本实施例中，速度采样单元采用4个光电传感器均匀分布在圆形PCB板的圆周上，4个通光孔设置在圆形光电码盘的四分之一圆周上，测量低转速时可以通过增加通光孔的数量如增加到8个，来提高转速测试精度，技术人员可根据需要自行选择，本发明在此并不做限制。每经过四分之一圆周，四个光电传感器中的一个工作于输出高低脉冲状态。经过或非门的判断，有一路可以输入到处理单元中。在处理单元中按照Μ/T法计算得到电机转速和转向。
本发明的工作过程如下将图1中的检测旋转物体转速的处理系统利用磁铁55等连接件吸附到被测物体(电机)的轴伸处，若电机轴伸带有负载，则将该处理系统吸附在电机轴伸后端。
I.上电后，通过电机的转动，光电传感器Ul与光电码盘配合，测量得光电码盘相邻孔的脉冲，如图5所示，每经过一个光电传感器就产生一系列脉冲，这4个光电开关经过一个或非门，将有信号脉冲的一路送至下一级电路。同时将这4路光电信号分别接到四个引脚用于辨别方向，这里只画出I路的电路图，其他3路与此相同。通过配合程序控制有脉冲信号的一路进入处理单元(单片机)。
2.为测得的转速，从或非门引出的脉冲要经过一个放大整形电路，将信号整形放大为单片机匹配的信号。该路信号连接到单片机外部中断触发引脚，脉冲的下降沿触发单片机外部中断0，在外部中断O服务程序中，先关闭定时器，在取定时器中的高位和低位的数，以及记录定时器溢出几次的一个已经定义好的变量。公式为 shuO= (flag*65536+TH0*256+TL0)。其中shuO为相邻脉冲两个下降沿之间的计数器计数值，flag为定时器溢出的次数,每溢出一次该数加一。THO为单片机定时器O的高位的数， TLO为定时器O低位的定时器值。通过对两个进入外部中断触发引脚的信号下降沿之间的定时器里的数进行速度计算，公式为Speed=6*l(T7/(16*ShU0)其中单片机的晶振选择为 12MHZ所以12个时钟周期计一个数，那么每个数的时间为I微妙，光电码盘上的每个孔占 11. 25度，所以两个下降沿就经过了 22. 5度的角度。这样要是经过整个圆周，就要是两个下降沿的16倍。这样就能计算出一周经过的时间,在换算到一分钟,就得到了转速speed。
3.通过软件编写程序对旋转方向进行判断。根据4个光电传感器产生的信号进入单片机对应的四个引脚的先后顺序，来判断正转还是反转。假如给四个光电传感器标号为 4a、4b、4c、4d。那么如果信号的顺序为abed或者bcda或者cdab或者dabc,那么电机为正转，反之，为反转。
4.为了便于现场观察，具备与上位机通信功能的同时，用共阴数码管在现场显示转速值。这样可以直观的看到转速和转向，方便现场监视旋转部件的旋转转速。
5.最后经单片机处理的数据由通讯单元按照规定的通讯规约将数据传输给用户， 可以依据用户要求选择为RS485和CAN总线方式之一。
请参考图6，本发明还提供一种检测旋转物体转速的方法，采用上述的检测旋转物体转速的处理系统，按如下步骤执行51、将检测旋转物体转速的处理系统连接到被测物体上进行转速采样，当圆形光电码盘旋转一周，只在四分之一周内产生一系列脉冲信号；52、信号整形放大单元将采集到的脉冲信号整形和放大，得到处理单元匹配的信号；53、处理单元进行选通判断和信号状态判断；54、处理单元计算得出转速值和旋转方向。
本发明的优点安装方便，转速测量精度高、实时性好，且整个量程检测精度一致和抗干扰能力强，实现了数字化通讯功能，同时采用直接转速脉冲输出以满足不同用户要求。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
权利要求
1.一种检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，包括 圆形光电码盘，所述圆形光电码盘的圆周上设置有若干通光孔； 圆形PCB板，包括依次电性连接的若干设置在所述圆形PCB板的圆周上的速度采样单元、用以将采集到的信号整形放大为一匹配信号的信号整形放大单元，以及用以处理所述匹配信号的处理单元，所述若干通光孔经过一个所述速度采样单元时产生一系列脉冲信号; 所述圆形PCB板与所述圆形码盘通过一轴承连接； 其中，当所述圆形光电码盘旋转一周，只在四分之一周内产生所述脉冲信号。
2.如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述通光孔设置在所述圆形光电码盘的四分之一圆周上、所述速度采样单元均匀设置在所述圆形PCB板的圆周上；或， 所述通光孔均匀设置在所述圆形光电码盘的圆周上、所述速度采样单元设置在所述圆形PCB板的四分之一圆周上。
3.如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述轴承的内部包括 顶针，滑动连接在所述轴承的内部，用以定位保证旋转过程中的同轴度； 限位组件，连接在所述轴承内部的两端，用以限制所述顶针的伸出和后退的距离； 弹性组件，设置在所述顶针与所述限位组件之间，用以使所述顶针保持原位。
4.如权利要求3所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述环形组件包 括内环和外环，所述外环与所述轴承内部丝扣连接，所述内环表面光滑便于所述顶针移动。
5.如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述限位组件包括用以限制所述顶针的伸出距离的环形组件以及用以限制所述顶针的后退距离的螺丝。
6.如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述检测旋转物体转速的处理系统还包括连接组件，设置在所述转轴上的所述顶针的伸出端外侧，用以将所述检测旋转物体转速的处理系统与一被测物体连接。
7.如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述速度采样单兀为光电传感器。
8.如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述检测旋转物体转速的处理系统还包括通讯单元，用以输出所述处理单元的输出信号。
9.如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，其特征在于，所述检测旋转物体转速的处理系统还包括共阴数码管，用以直观显示所述处理单元的输出信号。
10.一种检测旋转物体转速的方法，其特征在于，采用如权利要求I所述的检测旋转物体转速的处理系统，按如下步骤执行s1、将检测旋转物体转速的处理系统连接到被测物体上进行转速采样，当圆形光电码盘旋转一周，只在四分之一周内产生一系列脉冲信号； s2、信号整形放大单元将采集到的脉冲信号整形和放大，得到处理单元匹配的信号； s3、处理单元进行选通判断和信号状态判断； s4、处理单元计算得出转速值和旋转方向。
全文摘要
一种检测旋转物体转速的处理系统及方法，包括圆形光电码盘，圆形光电码盘的圆周上设置有若干通光孔；圆形PCB板，包括依次电性连接的若干设置在圆形PCB板的圆周上的速度采样单元、用以将采集到的信号整形放大为一匹配信号的信号整形放大单元，以及用以处理匹配信号的处理单元，若干通光孔经过一个速度采样单元时产生一系列脉冲信号；圆形PCB板与圆形码盘通过一轴承连接；其中，当圆形光电码盘旋转一周，只在四分之一周内产生脉冲信号。本发明采用多个光电传感器、特制的码盘和新型安装形式实现对实时旋转物体的转速测量，实现了数字化通讯的高精度速度测量。
文档编号G01P3/486GK102981016SQ201210542430
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者邓谨, 康尔良, 韩康玮, 李子琦, 陆宽鹏, 戴娴静 申请人:上海出入境检验检疫局机电产品检测技术中心