CN104931720A - 光电转换装置及包含该光电转换装置的电机转速测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光电转换装置及包含该光电转换装置的电机转速测量装置，其中光电转换装置固定于与反光板的反光面相对的一侧，用于向所述反光板发射光线并接收所述反光板反射回的光线，所述光电转换装置射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。通过使所述光电转换装置射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角，可以使经过反光板反射回来的光线的能量损耗最少，从而能够减小测量误差，使测量结果更加精确。

Description

光电转换装置及包含该光电转换装置的电机转速测量装置

技术领域

本发明涉及电机参数测量技术领域，具体地说涉及电机转速测量装置以及该电机转速测量装置中的光电转换装置。

背景技术

电机作为动力产生设备，在各行各业都得到了广泛的应用。其中对电机的转速控制是实现对电机高精度控制的关键环节，有利于电机的高速稳定运行。而对电机的转速控制离不开对电机转速的测量。

目前，电机转速测量方法按传感器的安装方式来分类，分为接触式和非接触式两类。接触式测量方式中，传感器与待测电机的旋转轴通过弹性联轴器连接，传感器安装固定时，要求出轴与待测电机的旋转轴尽量保持同一条直线，在较高转速时尤其严格，因此此种方式只适用于对中低转速电机转速的测量；非接触式测量方式包括盘式磁性测量、轴式磁性测量、光电式测量(包括对射式光电测量和反射式光电测量)，因为光电式测量具有非接触、响应快等优点，应用最为广泛。现有技术中，对于反射式光电测量方式，本领域技术人员普遍认为同介质条件下，入射光线和反射光线之间的夹角越小，光路越短，反射过程中的光能量损耗也就越少，因此在确保光接收器能接收到经反光板反射的光发射器发射的光线的情况下，都尽可能减小入射光线与反射光线之间的夹角，以降低反射过程中的光能量损耗。但即使当入射光线和反射光线之间的夹角接近0度时，反射过程中的光能量损耗依然高达6％，而反射过程中的光能量损耗越大，产生的脉冲信号的信噪比也就越大，使得根据脉冲信号计算出的电机转速的测量误差也就越大。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的反射式光电测量方式存在光能量损失较大，使得测量误差也较大的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种光电转换装置，固定于与反光板的反光面相对的一侧，用于向所述反光板发射光线并接收所述反光板反射回的光线，所述光电转换单元射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。

本发明所述的光电转换装置，所述光电转换装置包括光发射器和光接收器；

所述光发射器和所述光接收器相互倾斜设置于与所述反光板的反光面相对的一侧，使所述光发射器射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。

本发明所述的光电转换装置，所述光接收器在接收到所述反光板反射回的光线时输出一电信号，在没有接收到所述反光板发射回的光线时不输出该电信号，进而所述光接收器随着所述反光板的转动输出周期性的脉冲电信号。

本发明所述的光电转换装置，所述光电转换装置还包括信号整形放大处理电路；

所述信号整形放大处理电路用于将光电转换装置中的光接收器输出的周期性的脉冲电信号进行整形、放大处理后输出。

本发明所述的光电转换装置，所述光发射器包括红外发射管，所述光接收器包括红外接收管。

本发明还提供了一种包含上述光电转换装置的电机转速测量装置，所述电机转速测量装置还包括：

反光板，所述反光板设置于电机的旋转轴上并随所述旋转轴同步转动。

本发明所述的电机转速测量装置，还包括：

处理单元，用于从所述光电转换装置接收所述周期性的脉冲电信号，并根据所述周期性的脉冲电信号生成电机转速。

本发明所述的电机转速测量装置，所述处理单元包括单片机。

本发明所述的电机转速测量装置，还包括：

显示单元，用于显示所述电机转速。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明提供了一种光电转换装置，固定于与反光板的反光面相对的一侧，用于向所述反光板发射光线并接收所述反光板反射回的光线，所述光电转换装置射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。通过使所述光电转换装置射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角，可以使经过反光板反射回来的光线的能量损耗最少，从而能够减小测量误差，使测量结果更加精确。

(2)本发明还提供了一种包含该光电转换装置的电机转速测量装置，还包括设置于电机的旋转轴上并随所述旋转轴转动的反光板，因为电机的旋转轴的转速即为电机的转速，将反光板设置于电机的旋转轴上，就可以使该光电转换装置产生与电机的转速相对应的周期性的脉冲电信号，根据该周期性的脉冲电信号，就可以很容易的获取到电机的转速了。又因为电机转速测量装置中的光电转换装置，射入反光板的光线与反光板呈45度夹角，可以使经过反光板反射回来的光线的能量损耗最少，从而能够减小测量误差，使测量结果更加精确。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述光电转换装置的结构框图；

图2是本发明所述光电转换装置的光路示意图；

图3是本发明所述包含该光电转换装置的电机转速测量装置的结构框图；

图4是本发明所述电机转速测量装置中反光板与电机的安装位置纵剖图。

图中附图标记表示为：1-反光板，2-光电转换装置，3-处理单元，4-显示单元，a-旋转轴，b-固定件，21-光发射器，22-光接收器，23-信号整形放大处理电路。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种光电转换装置，如图1所示，固定于与反光板的反光面相对的一侧，用于向所述反光板发射光线并接收所述反光板反射回的光线，所述光电转换装置射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。

具体地，当反光板转动至能够接收到光电转换装置发射的光线的位置时，光电转换装置就会接收到反光板反射回的光线，此时光电转换装置就会输出电信号；而当反光板转动至无法接收到光电转换装置发射的光线的位置时，自然也就不会反射光线至光电转换装置了，光电转换装置接收不到反射回的光线，就无法输出电信号，因此随着反光板的转动，光电转换装置就会输出周期性的脉冲电信号了。通过大量的实验分析，我们发现使光电转换装置射入反光板的光线与反光板呈45度夹角，可以使经过反光板反射回来的光线的能量损耗最少，该能量损耗仅为3.5％，该能量损耗值明显低于当入射光线和反射光线之间的夹角接近0度时反射过程中的光能量损耗值，从而能够减小测量误差，使测量结果更加精确。克服了现有技术中认为入射光线越贴近反光板，光路越长，反射过程中的光能量损耗也就越大，反之光能量损耗越小的技术偏见，进一步降低了能耗。

优选地，所述光电转换装置可以包括光发射器21和光接收器22；

所述光发射器21和所述光接收器22相互倾斜设置于与所述反光板的反光面相对的一侧，使所述光发射器21射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。

所述光接收器22接收到所述反光板反射回的光线时输出一电信号，在没有接收到所述反光板反射回的光线时不输出电信号，进而所述光接收器22随着所述反光板的转动输出周期性的脉冲电信号。所述光接收器22可以选用光电器件，例如光电管、光电倍增管、光敏电阻、光导管、光敏二极管、光敏晶体管、光电池等。

优选地，所述光发射器21可以包括红外发射管，所述光接收器22可以包括红外接收管。红外发射管和红外接收管构成的光电转换装置，具有无可见光干扰、检测距离大、安装调试方便的特点，为产生与反光板转速相对应的周期性脉冲信号奠定了坚实基础。

为了更好地理解本方案，本实施例还提供了入射光线呈不同入射角度时光接收器22的光线接收率情况，在测试时，我们给光接收器电路串联了一个红色LED灯，因为光接收器22的光线接收率越高，则将光能转化为电能的比例也就越高，红色LED灯两端的电压也就越高，因此红色LED灯两端的电压随着入射角度的变化趋势与光接收器22的光线接收率随着入射角度的变化趋势一致，也更容易测量。

如图2所示，为本实施例所述光电转换装置中光发射器21和光接收器22之间的光路示意图，入射距离d即为光电转换装置与反光板1的垂直距离，本案例中，入射距离d设置为1cm，再改变入射角度，并记录红色LED灯两端的电压在不同的入射角度下对应的具体电压值，如表1所示：

不同入射角度下LED灯两端的电压记录表(入射距离d＝1cm)

序号	入射角度(单位：度)	电压值(单位：伏)
			1	5	1.59
2	10	1.54
			3	15	1.50
4	20	1.49
			5	25	1.48
6	30	1.52
			7	35	1.58
8	40	1.62

9	45	1.64
			10	50	1.61
11	55	1.59
			12	60	1.56
13	65	1.53
			14	70	1.52
15	75	1.48
			16	80	1.47
17	85	1.45
			18	90	0

该项测试中，如果没有光能量损耗，红色LED灯两端的电压值理想状态约为1.70伏，测量时的电压值越高，说明光能量的损耗越低。由上述实验数据可以看出，只有当入射角度为45度，也即当入射光线与反光板的夹角呈45度时，红色LED灯两端的电压值最高，为1.64伏，此时光能量损耗仅为(1.70-1.64)/1.70，近似等于3.5％。

优选地，所述光电转换装置还可以包括信号整形放大处理电路23；

所述信号整形放大处理电路23用于将光电转换装置中的光接收器22输出的周期性的脉冲电信号进行整形、放大处理后输出。通过对脉冲电信号进行整形、放大处理，可以使脉冲电信号更为清晰并增强其信号强度。

本实施例所述光电转换装置，通过使所述光电转换装置射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角，可以使经过反光板反射回来的光线的能量损耗最少，从而能够减小测量误差，使测量结果更加精确。

实施例2

如图3所示，本实施例提供了一种包括实施例1所述的光电转换装置2的电机转速测量装置，所述电机转速测量装置还包括：反光板1，所述反光板1设置于电机的旋转轴上并随所述旋转轴转动。

具体地，反光板1与电机的位置关系剖面图如图4所示，反光板1固定于固定件b上，而固定件b套接固定于电机的旋转轴a上，光电转换装置可以通过发动机的壳体内部固定于与反光板1的反光面相对的一侧。因此，电机的旋转轴a转动时，就会带动固定件b连同反光板1一起转动，因为电机的旋转轴a的转速即为电机的转速，将反光板1设置于电机的旋转轴a上，就可以使该光电转换装置产生与电机的转速相对应的周期性的脉冲电信号，根据该周期性的脉冲电信号，就可以很容易的获取到电机的转速了。又因为电机转速测量装置中的光电转换装置，射入反光板的光线与反光板呈45度夹角，可以使经过反光板反射回来的光线的能量损耗最少，从而能够减小测量误差，使测量结果更加精确。

优选地，本实施例所述的电机转速测量装置，还可以包括：

处理单元3，用于从所述光电转换装置2接收所述周期性的脉冲信号，并根据所述周期性的脉冲信号生成电机转速。

优选地，所述处理单元3可以包括单片机。

具体地，在固定的测量时间内，通过计取输出的脉冲电信号的个数，就可以计算出电机的实际转速了。电机转速可以选用现有技术中任何一种电机转速的计算方法来实现。

优选地，本实施例所述的电机转速测量装置，还可以包括：

显示单元4，用于显示所述电机转速。可以使用户及时查看电机的转速。

本实施例所述电机转速测量装置，因为电机的旋转轴的转速即为电机的转速，将反光板设置于电机的旋转轴上，就可以使该光电转换装置产生与电机的转速相对应的周期性的脉冲信号，根据该周期性的脉冲信号，就可以很容易的获取到电机的转速了。又因为电机转速测量装置中的光电转换装置，射入反光板的光线与反光板呈45度夹角，可以使经过反光板反射回来的光线的能量损耗最少，从而能够减小测量误差，使测量结果更加精确。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种光电转换装置，固定于与反光板的反光面相对的一侧，用于向所述反光板发射光线并接收所述反光板反射回的光线，其特征在于，所述光电转换单元射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。

2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其特征在于，所述光电转换装置包括光发射器(21)和光接收器(22)；

所述光发射器(21)和所述光接收器(22)相互倾斜设置于与所述反光板的反光面相对的一侧，使所述光发射器(21)射入所述反光板的光线与所述反光板呈45度夹角。

3.根据权利要求2所述的光电转换装置，其特征在于，所述光接收器(22)在接收到所述反光板反射回的光线时输出一电信号，在没有接收到所述反光板发射回的光线时不输出该电信号，进而所述光接收器(22)随着所述反光板的转动输出周期性的脉冲电信号。

4.根据权利要求3所述的光电转换装置，其特征在于，所述光电转换装置还包括信号整形放大处理电路(23)；

所述信号整形放大处理电路(23)用于将光电转换装置中的光接收器(22)输出的周期性的脉冲电信号进行整形、放大处理后输出。

5.根据权利要求2-4任一所述的光电转换装置，其特征在于，所述光发射器(21)包括红外发射管，所述光接收器(22)包括红外接收管。

6.一种包括权利要求1-5任一项所述的光电转换装置(2)的电机转速测量装置，其特征在于，所述电机转速测量装置还包括：

反光板(1)，所述反光板(1)设置于电机的旋转轴上并随所述旋转轴同步转动。

7.根据权利要求6所述的电机转速测量装置，其特征在于，还包括：

处理单元(3)，用于从所述光电转换装置(2)接收所述周期性的脉冲电信号，并根据所述周期性的脉冲电信号生成电机转速。

8.根据权利要求7所述的电机转速测量装置，其特征在于，所述处理单元(3)包括单片机。

9.根据权利要求6-8任一项所述的电机转速测量装置，其特征在于，还包括：

显示单元(4)，用于显示所述电机转速。