CN102645549B - 基于fft的直流电机转速检测仪的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FFT的直流电机转速检测仪，包括用于将直流电机内部线圈切割磁力线引起的转向器电火花电流耦合出的耦合线圈，用于将耦合线圈的输出信号进行程控放大的程控放大模块，用于对程控放大模块的输出信号进行滤波的滤波模块，所述滤波模块的输出端连接微处理器，所述微处理器包括A/D定时采集模块、以及用于将A/D定时采集模块的输出数据利用FFT进行运算处理以变换得到频域信号的FFT变换数据处理模块，所述转速检测仪还包括用于数据输入的键盘模块以及用于数据输出的显示模块。本发明优点：对直流电机的转速实现非接触感应式测量、不会对电机造成负载、外观简洁、操作简单、能提高电机的检测精度、特别适宜于小功率电机。

Description

基于FFT的直流电机转速检测仪的检测方法

技术领域

本发明涉及一种直流电机转速检测仪及其检测方法。 

背景技术

转速是电机极为重要的一个参数，在很多运动、检测、勘探等系统中都要对电机的转速进行测量。目前，市场上有离心测速法、测速发电机测速法、光电编码测速法、霍尔元件测速法、闪光测速法等几种主要的测电机转速的方法。离心测速法或测速发电机法的转速表或测速机与被测对象刚性连接，给被测对象增加了负荷，增加了电机的功耗，有些微电机甚至带不动转速表，因此不适合小功率电机的测速；光电编码测速法和霍尔元件测速法也是在被测对象的轴上安装孔盘或带有小磁钢的圆盘，虽然没有前两种方法对电机造成的负载大，但对于小功率电机还是有影响，而且这些测速方法都要在被测对象外围直接添加一些器件，使得测试系统显得拥挤，既不美观，测量也不够准确；而闪光测速法则要利用可调脉冲频率的专用电源施加在闪光灯上，这样光源的设计较为复杂，测速调节操作复杂。 

发明内容

为了解决现有的电机转速检测仪的上述不足，本发明提供一种不会对电机造成负载、外观简洁、操作简单、能提高电机的检测精度、特别适宜于小功率电机的基于FFT(Fast Fourier Transformation：快速傅里叶变换)的直流电机转速检测仪及其检测方法。 

本发明采用以下的技术方案： 

基于FFT的直流电机转速检测仪，包括用于将直流电机内部线圈切割磁力线引起的转向器电火花电流耦合出的耦合线圈，用于将耦合线圈的输出信号进行程控放大以使信号幅值适合于A/D转换要求的程控放大模块，用于对程控放大模块的输出信号进行滤波以滤除低频信号和高频噪声进而提取有效频率范围的滤波模块，所述滤波模块的输出端连接微处理器，所述微处理器包括：用于以设定采样频率将采集自滤波模块输出端的信号进行A/D转换的A/D定时采集模块、以及用于将A/D定时采集模块的输出数据利用FFT进行运算处理以变换得到频域信号的FFT数据处理模块，所述转速检测仪还包括用于数据输入的键盘模块以及用于数据输出的显示模块。 

优选的，所述键盘模块为LCD触屏键盘。 

优选的，所述显示模块为LCD显示屏。 

优选的，所述微处理器为STM32处理器。 

基于FFT的直流电机转速检测仪的检测方法，包括以下步骤： 

1)键盘模块输入：键盘模块用于输入直流电机的额定转速V_额和磁极对数d，便于直流电机转速的测量； 

2)A/D定时采集：将耦合线圈获得的电流信号，经程控放大模块的放大以及滤波模块的滤波处理后，送至微处理器的A/D定时采集模块进行采样，得到N个等时间间隔Δt的时域离散数字信号； 

3)经过FFT变换，获得时域离散数字信号的频谱信号：根据时间间隔Δt和采样点数N可获得频谱的基频f₁，如式(1)： 

$f_1=\frac{1}{\mathrm{\Δt}\×N}---\left(1\right)$

利用该基频信号f₁，可获得 

个频率点的频谱，第i个频率点的频率如式 (2)： 

f_i＝i×f₁，其中： $i=\mathrm{0,1},...,\frac{N}{2}-1---\left(2\right)$

4)根据电机磁极对数d，额定转速V_额，得出理想的感应信号频率f_额，如式(3)： 

f_额＝2d×V_额                            (3) 

利用FFT结果，在0.8f_额～1.2f_额的频率范围内，查找该频谱f_i中最大幅值所对应的频率f_测，根据该频率f_测，即可得出电机转速，如式(4)： 

5)通过显示模块显示电机转速V_测。 

本发明的有益效果是：以微处理器为核心，通过检测电机内线圈切割磁力线时产生转向器电火花电流信号，利用快速傅里叶变换(FFT)技术检测直流电机转速。该直流电机测速仪，无需增加机械负载部件，对直流电机的转速实现非接触感应式测量，减少了仪器的磨损，有利于提高电机转速测量的精度和测试效率。 

附图说明

图1是本发明实施例的电路结构框图。 

图2是本发明实施例的检测方法流程图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。 

参照图1：基于FFT的直流电机转速检测仪，包括用于将直流电机内部线圈切割磁力线引起的转向器电火花电流耦合出的耦合线圈1，用于将耦合线圈1的 输出信号进行程控放大以使信号幅值适合于A/D转换要求的程控放大模块2，用于对程控放大模块2的输出信号进行滤波以滤除低频信号和高频噪声进而提取有效频率范围的滤波模块3，所述滤波模块3的输出端连接微处理器4，所述微处理器4包括：用于以设定采样频率将采集自滤波模块输出端的信号进行A/D转换的A/D定时采集模块41、以及用于将A/D定时采集模块41的输出数据利用FFT进行运算处理以变换得到频域信号的FFT数据处理模块42，所述转速检测仪还包括用于数据输入的键盘模块5以及用于数据输出的显示模块6。 

本实施例中，所述键盘模块5为LCD触屏键盘，LCD触屏键盘用于输入直流电机的额定转速V_额和磁极对数d等参考量，便于直流电机转速的测量。所述显示模块6为LCD显示屏，LCD显示屏用于显示电机的转速测量结果值。所述微处理器4为STM32处理器。 

参照图2，基于FFT的直流电机转速检测仪的检测方法，包括以下步骤： 

1)系统初始化； 

2)LCD触屏键盘输入：LCD触屏键盘用于输入直流电机的额定转速V_额和磁极对数d等参考量，便于直流电机转速的测量； 

3)A/D定时采集：将耦合线圈1获得的电流信号，经程控放大模块2的放大以及滤波模块3的滤波处理后，送至微处理器4的A/D定时采集模块41进行采样，得到N个等时间间隔Δt的时域离散数字信号； 

4)经过FFT变换，获得时域离散数字信号的频谱信号：根据时间间隔Δt和采样点数N可获得频谱的基频f₁，如式(1)： 

$f_1=\frac{1}{\mathrm{\Δt}\×N}---\left(1\right)$

利用该基频信号f₁，可获得 

个频率点的频谱，第i个频率点的频率如式 (2)： 

f_i＝i×f₁，其中： $i=\mathrm{0,1},...,\frac{N}{2}-1---\left(2\right)$

5)根据电机磁极对数d，额定转速V_额，得出理想的感应信号频率f_额，如式(3)： 

f_额＝2d×V_额                     (3) 

利用FFT结果，在f_额附近频率范围内(因为实际转速偏离额定转速不会太大，可设定频率范围为0.8f_额～1.2f_额)，查找该频谱f_i中最大幅值所对应的频率f_测，根据该频率f_测，即可得出电机转速，如式(4)： 

6)通过LCD显示屏显示电机转速V_测。 

本实施例的工作原理：以微处理器为核心，通过检测电机内线圈切割磁力线时产生转向器电火花电流信号，利用快速傅里叶变换(FFT)技术检测直流电机转速，最终获得以LCD触屏键盘为输入、LCD显示屏为输出显示，A/D定时采集模块为数据采集、FFT数据处理模块为数据处理手段的直流电机转速检测仪器。该直流电机测速仪，无需增加机械负载部件，对直流电机的转速实现非接触感应式测量，减少了仪器的磨损，有利于提高电机转速测量的精度和测试效率。 

Claims (1)

1.基于FFT的直流电机转速检测仪的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）键盘模块输入：键盘模块用于输入直流电机的额定转速V_额和磁极对数d，便于直流电机转速的测量；

2）A/D定时采集：将耦合线圈获得的电流信号，经程控放大模块的放大以及滤波模块的滤波处理后，送至微处理器的A/D定时采集模块进行采样，得到N个等时间间隔△t的时域离散数字信号；

3）经过FFT变换，获得时域离散数字信号的频谱信号：根据时间间隔△t和采样点数N可获得频谱的基频f₁，如式（1）：

$f_1=\frac{1}{\mathrm{\Δt}\×N}---\left(1\right)$

利用该基频信号f₁，可获得

个频率点的频谱，第i个频率点的频率如式（2）：

f_i=i×f₁，其中： $i=\mathrm{0,1},...,\frac{N}{2}-1---\left(2\right)$

4）根据电机磁极对数d，额定转速V_额，得出理想的感应信号频率f_额，如式（3）：

f_额=2d×V_额   （3）

利用FFT结果，在0.8f_额～1.2f_额的频率范围内，查找该频谱中最大幅值所对应的频率f_测,根据该频率f_测，即可得出电机转速，如式（4）：

5）通过显示模块显示电机转速V_测。

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