《机电一体化测试技术教学课件作者张澧生张华秦志强编著第4章旋转运动测量及其传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化测试技术教学课件作者张澧生张华秦志强编著第4章旋转运动测量及其传感器（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 旋转运动测量及其传感器,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用 任务2红外光电传感器测量转速 任务3磁电传感器测量转速 任务4光电编码器测量转速,返回,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用,1.霍尔传感器的原理及特性 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比。 霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制
2、作而成，它可方便地把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又满足工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。,下一页,返回,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用,霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度(如BH)时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，有NPN , PNP、常开型、常闭型、锁存型(双极性)、双信号输出之分。其内部原理图及输入输出转移特性如图4-1和图4-2所示。 本任务选用了TO-92封装的小型直插式霍尔磁性开关CS3020，开关量输出，其外形如图4-3所示。 CS3020霍尔磁性开关电路由反向
3、电压保护器、电压调整器、霍尔电压发生器、信号放大器、施密特触发器和一集电极开路的输出级组成。,上一页,下一页,返回,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用,CS3020霍尔磁性传感器的特点:电源电压范围宽，可用市售的小磁钢来驱动，无可动部件可靠性高，尺寸小，抗环境应力，可直接同双极和MOS逻辑电路接口。其具体参数如表4-1所示。 霍尔开关具有无触电、低功耗、寿命长、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化器件，能在各类恶劣环境下可靠地工作。霍尔开关可应用于接近开关、压力开关、里程表、直流无刷电机、直流无刷风机等。 2.任务需要的组件、设备和程序 (1) TS-OSC-7A开
4、放式传感器电路实验主板。 (2) TS-POW- 4多路输出电源模块。,上一页,下一页,返回,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用,( 3) TS-INQ-8U多通道数据采集模块。 (4) CS3020霍尔磁性开关的应用一电机转速测量模块M7. (5) M7元件包。 (6)跳线若干。 (7)数字万用表。 (8) PC(个人计算机)。 ( 9) LabVIEW程序脚本:CS3020霍尔磁性开关的应用一电机转速测量.vi。 3.应用实验 图4 -4所示为CS3020霍尔磁性开关的应用一电机转速测量模块M7。,上一页,下一页,返回,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用
5、,1)用电路模块进行电机转速的测量 (1)把电源模块的电源开关拨到“OFF“，关闭主板的电源。 (2)把CS3020霍尔磁性开关的应用一电机转速测量模块M7插在实验主板的面包板上，CS3020霍尔磁性传感器的探头尽量靠近电机转盘上的小磁铁(在此过程中要轻手轻脚，以免折断CS3020的引脚)，从主板上把+5 V电源通过跳线引到M7板的第13脚或第14脚，用跳线把GND引到第6脚或第7脚，如图4 -5所示。 (3)用跳线把M7模块的第12脚的输出信号连接到实验主板信号输出模块T4或T5接口处。再用信号线将实验主板上的BNC接口连接到多通道数据采集模块的采集通道5或通道6上。,上一页,下一页,返回,
6、任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用,(4)在“TS - OSC -7A开放式传感器电路实验模块一程序VI”文件夹中打开“CS3020霍尔磁性开关的应用一电机转速测量.vi。在“通道选择”一栏内选择通道5(该通道号与数据采集模块的通道号相同);选择采样频率1(频率1表示10 kHz );选择采样长度(通常为4 096字节)，如图4-6所示。 (5)把多路电源模块的+12 V, +5 V电源的开关拨到“ON”一侧，接通数据采集模块的电源。 (6)运行LabVIEW程序，开始电机转速的测量，此时波形图显示的是恒定电压值的一条直线。,上一页,下一页,返回,任务1直流电机转速测量CS3
7、020霍尔磁性开关的应用,(7)把实验主板的PWM脉宽调制模块的电源开关(S5)拨到“ON”，把功能选择开关(S6)拨到“Motor”一侧。如图4-7所示，调节电阻R28的阻值即可调节电机的转速。调节电机转速过程中，LabVIEW程序前面板如图4-8所示。 (8)实验结束后关闭实验主板电源、多通道数据采集模块电源。 2)用CS3020散件搭建电路进行电机转速测量 (1)图4 -9所示为CS3020霍尔磁性开关传感器的工作电路原理图，先把实验主板上的电源开关拨到“OFF”。根据图4-9所示的电路原理图在实验模块主板的面包板上搭建实验电路，将输出端OUT用跳线连接到实验主板右下方的T4或T5接口处
8、，再用信号线将实验主板上的BNC接口连接到多通道数据采集模块的采集通道5上。,上一页,下一页,返回,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用,霍尔传感器的正表面应该与电机转盘上的磁铁处在同一水平面，且两者之间的距离不能太远。搭建好的电路如图4-10所示。 (2)确定接线无误后，把实验主板+12 V, +5 V电源开关拨到“ON”一侧，打开数据采集模块电源开关。在“TS - OSC -7A开放式传感器电路实验模块一程序VI”文件夹中打开“CS3020霍尔磁性开关的应用一电机转速测量.vi”程序。在“采样通道”一栏内选择通道5(该通道号与数据采集模块的通道号相同);选择采样频率1(频率
9、1表示10 kHz;选择采样长度(通常为8192字节)。 (3)单击 按钮运行LabVIEW程序开始电机转速的测量。,上一页,下一页,返回,任务1直流电机转速测量CS3020霍尔磁性开关的应用,(4)把实验主板上PWM脉宽调制模块的电源开关(S5)拨到“ON”，把功能选择开关( S6)拨到“Motor”一侧，电机开始旋转。 (5)调节电阻R28的阻值即可调节电机的转速，观察转速变化时波形的变化。,上一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,1.光电传感器基本原理 红外线是波长为780 nm1 mm的光波，人眼是看不见的。红外线光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对红
10、外光束的遮光或反射，通过同步回路的通断来检测物体的有无，其物体不限于金属，所有能反射或者遮挡光线的物体均可被检测到。根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为以下几种。 1)漫反射式光电开关 漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率很高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。,下一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,2)镜反射式光电开关 镜反射式光电开关亦是集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反光镜反射回接收器，当被检测物体经过且完
11、全阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。 3)对射式光电开关 对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。 4)槽式光电开关,上一页,下一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,槽式光电开关通常是标准的U形结构，其发射器和接收器分别位于U形槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U形槽阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠，适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。 5)光纤式光电
12、开关 光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。 2.任务需要的组件、设备和程序 (1) TS-OSC-7A开放式传感器电路实验主板。 (2) TS-POW- 4多路输出电源模块。 ( 3) TS-INQ-8U多通道数据采集模块。,上一页,下一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,(4)光电开关的应用一开关量测量模块M4。 (5) M3元件包。 (6)跳线若干。 (7)数字万用表。 (8) PC(个人计算机)。 ( 9) LabVIEW程序脚本:光电开关的应用一开关量测量.vi。 (10) LabVIEW程序脚
13、本:光电开关的应用一电机转速测量.vi。 3.特性测量实验:用集成模块M3进行传感器开关量测量 图4-11所示为光电开关的应用一开关量测量模块M4.,上一页,下一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,(1)把实验主板电源模块的所有开关拨到“OFF”，选择“光电开关的应用一开关量测量模块M3”，插在实主板的面包板上，调整电机的位置，使电机的转盘在光电开关的凹槽内。从主板上把+SV电源和GND通过跳线分别引到M3模块的+5V(第13 , 14脚)和GND(第6, 7脚)上，然后用跳线把M3模块的第12脚的输出信号引到信号输出模块的T4或T5接口处，再用信号线把BNC接口处的信号送到数据采集模块
14、的通道5或通道6o M3模块引脚接线图如图4-12所示。 (2)打开电源模块的+5 V开关，拨到“ON”一侧，按下数据采集模块电源开关。 (3 )在“TS - OSC - 7A开放式传感器电路实验模块一程序VI”文件夹中打开“光电开关的应用一开关量测量.vi” LabVIEW程序。,上一页,下一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,在“通道选择”一栏内选择通道5(该通道号与数据采集模块的通道号相同);选择采样频率1(频率1表示10 kHz );选择采样长度(通常为2 048字节)，如图4-13所示。运行程序进行开关量的测量。 (4)把实验主板电源模块中+12 V的电源开关拨到“ON”一侧，
15、把PVM脉宽调制模块的电源开关(SS)拨到“ON”一侧，把功能选择开关(S6 )拨到“Motor”一侧。改变Rzs电阻的阻值即可改变电机的转速:电阻往标有“F”的方向调整时，电机的转速加快;往标有“S”的方向调整时，电机的转速减慢。 (5)对于开关量的测量，转速不能太快，由于人的视觉暂留问题，转速太快，软件上“有遮挡”和“无遮挡”栏的指示会分辨不出来。,上一页,下一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,如果想要效果明显一些，可以直接用不透光的卡片在光电开关的U形槽内划过，皆可看到明显的开关量的指示。 4.动手实验:用红外光电开关散件搭建电路进行开光量的测量 (1)图4-14所示为光电开关的
16、应用一开关量测量模块M3电路原理图。图4-15所示为实验所选的光电开关的俯视图。把实验主板+5 V的电源开关拨到“OFF”，在传感器实验电路主板的面包板上搭建好电路，调整电机的位置，使电机的转盘在光电开关的凹槽内，连接好相应的电源和地线。把输出信号连接到信号输出模块的T4或T5接口处，如图4-16所示。,上一页,下一页,返回,任务2 红外光电传感器测量转速,用信号线把BNC接口处的信号送到数据采集模块的通道5或通道6。 (2)打开电源模块的+SV的电源开关，拨到“ON”一侧。 (3)在“TS - OSC - 7A开放式传感器电路实验模块一程序VI”文件夹中打开“光电开关的应用一开关量测量.vi” LabVIEW程序。在“通道选择”一栏内选择通道5(该通道号与数据采集模块的通道号相同);选择采样频率1(频率1表示10 kHz );选择采样长度(通常为2048字节)。单击 按钮运行程序进行开关量的测量。 (4)把实验主板电源模块中+12 V的电源开关拨到“ON”一侧，把PVM脉宽调制模块的电源开关(S5)拨到“ON”，把功能选择开关(S6)拨到“M
