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海德聲科 HEAD acoustics轉(zhuǎn)速信號(hào)采集

2020-08-14 18:35:44·  來源：海德聲科 HEAD acoustics  
　
旋轉(zhuǎn)機(jī)械在日常的生產(chǎn)或生活中占有非常高的比重，小到一個(gè)微型馬達(dá)，大至萬噸巨輪的龐大引擎。在對(duì)這些機(jī)械進(jìn)行研究的同時(shí)，精確地測量記錄下其轉(zhuǎn)速也成了一項(xiàng)很
旋轉(zhuǎn)機(jī)械在日常的生產(chǎn)或生活中占有非常高的比重，小到一個(gè)微型馬達(dá)，大至萬噸巨輪的龐大引擎。在對(duì)這些機(jī)械進(jìn)行研究的同時(shí)，精確地測量記錄下其轉(zhuǎn)速也成了一項(xiàng)很重要的任務(wù)。

光電傳感器
光電傳感器主要通過自身發(fā)射出一道光束，然后通過被測物體上的反光片將該光束進(jìn)行反射，最后通過自身的感光元器件接收該反射光束。如果旋轉(zhuǎn)件貼有n個(gè)反光片，那么該物體旋轉(zhuǎn)一圈，光電傳感器就會(huì)接收到n次反射光束，傳感器每接受n次反射光束的時(shí)間就是該物體轉(zhuǎn)速的倒數(shù)，從而可以推算出轉(zhuǎn)速。
 
（圖片來源：https://monarchinstrument.com/collections/remote-sensors/products/remote-optical-led-sensor-with-8-ft-cable-and-mounting）
該傳感器使用方便，運(yùn)用范圍廣，如果配合光電編碼盤一起使用可以達(dá)到比較高的測量精度。但同時(shí)也有一定的局限性，比如被測物體必須支持粘貼反光材料，不太適用于過小的物體或者封閉腔內(nèi)物體轉(zhuǎn)速的測量。
 
磁電傳感器
磁電傳感器利用電磁感應(yīng)的原理，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體通過感應(yīng)線圈的時(shí)候，在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其通常會(huì)以方波或者脈沖波的形式輸出信號(hào)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速越快的時(shí)候，輸出信號(hào)的頻率也就越高，通過對(duì)輸出信號(hào)頻率的分析從而檢測到旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速。
 
（圖片來源：https://onosokki-china.com/product/detailed/MP-9820.html?id=37&cate_id=5）
 
該傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于無需外加電源，并且在有煙霧、水氣等環(huán)境中也可以使用，運(yùn)行穩(wěn)定。往往被用于齒輪以及電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量。
如下圖，直接將該傳感器固定在與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸直交處，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的感應(yīng)，從而測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
 
（圖片來源: https://onosokki-china.com/product/detailed/HT-6200.html?id=59&cate_id=1）
 
霍爾傳感器
霍爾傳感器利用霍爾感應(yīng)原理，將磁場的變化轉(zhuǎn)化為霍爾電壓值?；魻栃?yīng)也是磁電效應(yīng)的一種，但是與磁電傳感器不同的是，霍爾傳感器需要外接電源，并且旋轉(zhuǎn)物體上必須要有磁場存在?；魻杺鞲衅鳟a(chǎn)生的感應(yīng)電壓往往很小，一般是幾毫伏，所以還需要配合電壓放大器一起使用才行。其輸出信號(hào)也是一組脈沖（方波）信號(hào)，該信號(hào)的頻率和旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速成正比，和光電/磁電傳感器一樣，通過檢測該輸出信號(hào)的頻率從而測量出旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速。
 
（圖片來源:https://insights.globalspec.com/article/8390/miniature-sensor-for-precise-speed-measurement）
 
其他傳感器
除了上述幾種比較常見的測量轉(zhuǎn)速的方式之外，還有一些其他的特殊方式：
1）發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線圈：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸一般旋轉(zhuǎn)兩圈會(huì)點(diǎn)火一次，所以點(diǎn)火線圈中高壓信號(hào)發(fā)生頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相關(guān)，通過檢測該點(diǎn)火信號(hào)的發(fā)生頻率即可推算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測量；
 
（圖片來源: https://onosokki-china.com/product/detailed/IP-3000A.html?id=26&cate_id=1）
2）CAN-BUS：汽車的CAN-BUS總線中傳輸很多信號(hào)，其中也包含各個(gè)部件的轉(zhuǎn)速，如果配合相應(yīng)的CAN信號(hào)采集硬件以及解壓所需dbc文件的話，也可以比較方便地得到汽車中各個(gè)部件的轉(zhuǎn)速信息；
 
（圖片來源: https://www.csselectronics.com/screen/page/simple-intro-to-can-bus/language/en）
3）振動(dòng)/噪音信號(hào)：旋轉(zhuǎn)件在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)速成正比的振動(dòng)（噪聲）頻率，可以通過對(duì)這些信號(hào)的頻譜進(jìn)行處理，從而提取出旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速信息。這種方法測量出的轉(zhuǎn)速信號(hào)精度一般不會(huì)太高，因?yàn)檎駝?dòng)/噪聲信號(hào)更加容易收到外界的其他因素影響。
 
如何采集
標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)（Transistor-Transistor Logic）：TTL電平規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”。標(biāo)準(zhǔn)TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小2.4V，典型值為3.4V。輸入低電平最大為0.8V，輸出低電平最大0.4V，典型值為0.2V。
 
 
如果轉(zhuǎn)速傳感器輸出的是標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)，該傳感器就可以直接接至硬件的pulse通道，硬件會(huì)主動(dòng)通過AD轉(zhuǎn)換，將該TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)下來以便之后轉(zhuǎn)速的計(jì)算。HEAD的數(shù)采硬件（SQuadriga，SQobold，HEADlab等）都配備有專門的pulse通道（獨(dú)立于模擬通道之外）。
 
如果轉(zhuǎn)速傳感器輸出的不是標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)，此時(shí)該傳感器就不再可以直接接到硬件的pulse通道了，而是需要接到模擬通道中，將該通道設(shè)置為trigger signal，再設(shè)置高低電平之間的threshold，將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
 
ArtemiS suite解壓轉(zhuǎn)速信號(hào)
 
1）脈沖信號(hào)
無論是標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)轉(zhuǎn)化而來的脈沖數(shù)字信號(hào)還是直接通過模擬通道記錄的轉(zhuǎn)速相關(guān)信號(hào)，都不能直觀反映出轉(zhuǎn)速信息，需要經(jīng)過一定的后處理，將脈沖信號(hào)解壓為可以讀取的轉(zhuǎn)速信號(hào)。
首先要定義傳感器的形狀，其中最重要的一個(gè)參數(shù)就是旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)。如果是光電傳感器，這個(gè)參數(shù)就等于旋轉(zhuǎn)軸上粘貼的反光片的數(shù)量；如果是磁電傳感器，這個(gè)參數(shù)就取決于比如電機(jī)的轉(zhuǎn)子數(shù)或者測速齒輪的齒數(shù)了；如果是點(diǎn)火線圈的話，因?yàn)槊哭D(zhuǎn)兩圈信號(hào)發(fā)生一次，此時(shí)參數(shù)應(yīng)該是0.5。只有正確地定義出傳感器的形狀之后才能保證解壓出的轉(zhuǎn)速信號(hào)的準(zhǔn)確性。
 
如下有兩組信號(hào)，第一組信號(hào)的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出為標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)，所以直接使用脈沖通道測得。當(dāng)將預(yù)先設(shè)置好的脈沖傳感器信息與之相關(guān)聯(lián)之后，就可以直接解壓得轉(zhuǎn)速信號(hào)。第二組信號(hào)是將轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)直接通過模擬通道采集下來，故無法直接解壓，需要在通道編輯里面將其先轉(zhuǎn)換為trigger signal，同時(shí)定義好高低電平之間的閾值，最后生成一個(gè)新的虛擬脈沖通道，對(duì)其解壓之后就可以得到轉(zhuǎn)速信號(hào)了。
 
2）振動(dòng)或噪聲信號(hào)
如果采集到的是振動(dòng)或者噪聲信號(hào)，首先在三維頻譜圖上標(biāo)記出頻率（轉(zhuǎn)速）線，然后給定該頻率線的階次數(shù)，最后通過檢測出的頻率線結(jié)合階次數(shù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
 
 
 
 
 
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