CN209342743U - 转速测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种转速测试装置包括采样电阻、采样电感、第一信号处理电路、第二信号处理电路、单片机和显示器。该转速测试装置具有以下优势：1.采用电阻式检测电机转动时产生的微弱信号，相比传统的测速装置无任何机械式损耗；2.采样电感的电磁特性产生信号，可以实现隔空采样电机转速，同样无任何机械式损耗；3.双路采样，双路信号处理，经过综合运算筛选处理，误差不超过1％；4.采用低成本且低功耗的单片机进行数据处理，数据精准，并配合显示器输出，可视性强。
Description
技术领域
本实用新型的实施例涉及一种转速测试装置，尤其涉及一种适用于小型直流有刷电动机测速的转速测试装置。
背景技术
转速是指单位时间内物体做圆周运动的次数，转速是电机其中一个重要参数，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。按工作电源种类划分，电机类型可分为直流电机和交流电机，其中的直流电机是通过电阻限制电流来控制转数。
关于电机测速，目前有离心测速法、测试发电机测速法、光电编码测速法、霍尔元件测速法、闪光测速法等方法。其中，离心测速法和测速发电机法需要与电机刚性连接，增加了电机的功耗，而且有机械式损耗；光电编码测速法和霍尔元件测速法需要在电机的轴上安装孔盘或带有小磁钢的圆盘，同样有机械式损耗；闪光测速法的设计以及测试调节操作都较为复杂，成本较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种成本低廉，而且无机械式损耗的转速测试装置。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种转速测试装置，包括采样电阻、采样电感、第一信号处理电路、第二信号处理电路、单片机和显示器；其中，采样电阻串接在电机电枢供电回路，用于反馈电机转速；采样电感安装在电机机壳上，用于反馈电机转速；第一信号处理电路用于采集并处理采样电阻的输出信号，其包括依次串接的一级运算放大电路、二级运算放大电路和脉冲信号生成电路；第二信号处理电路用于采集并处理采样电感的输出信号，其包括依次串接的一级运算放大电路、二级运算放大电路和脉冲信号生成电路；单片机接收第一信号处理电路和第二信号处理电路的输出信号，并进行整合滤波处理；显示器用于显示经单片机处理后输出的电机转速值。
此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：
第一信号处理电路的一级运算放大电路包括电容C8、接地电容C9、接地电容C10、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R15和第一运放；其中，电阻R10、电阻R14、电阻R15和第一运放组成差分放大电路，电容C8和电阻R9相互串联组成杂波抑制电路、并耦合在第一运放的同相端，接地电容C9和接地电容C10相互并联、并分别耦合在第一运放的同相端；电阻R6外接一个中点参考电压，该中点参考电压通过电阻R6后耦合至第一运放的同相端。
第一信号处理电路的二级运算放大电路包括电容C12、电阻R7、电阻R8、电阻R11和第二运放，电容C12耦合在第二运放的同相端，电阻R7、电阻R8和电阻R11和第二运放组成差分放大电路。
第一信号处理电路的脉冲信号生成电路包括电阻R4、电位器RP1、接地电容C11和第一比较器，电阻R4和电位器RP1相互串联组成参考电压调节电路，参考电压经参考电压调节电路后耦合至第一比较器的同相端，接地电容C11耦合在第一比较器的同相端。
第二信号处理电路的一级运算放大电路包括电容C15、接地电容C16、接地电容C17、电阻18、电阻21、电阻R22、电阻R27、电阻R28和第三运放；其中，电阻R22、电阻R27、电阻R28和第三运放组成差分放大电路，电容C15和电阻R21相互串联组成杂波抑制电路、并耦合在第三运放的同相端，接地电容C16和接地电容C17相互并联、并分别耦合在第三运放的同相端；电阻R18外接一个中点参考电压，该中点参考电压通过电阻R18后耦合至第三运放的同相端。
第二信号处理电路的二级运算放大电路包括电容C19、电阻R19、电阻R20、电阻23和第四运放，电容C19耦合在第四运放的同相端，电阻R19、电阻R20和电阻23和第四运放组成差分放大电路。
第二信号处理电路的脉冲信号生成电路包括电阻R16、电位器RP2、接地电容C18和第二比较器，电阻R16和电位器RP2相互串联组成参考电压调节电路，参考电压经参考电压调节电路后耦合至第二比较器的同相端，接地电容C18耦合在第二比较器的同相端。
单片机为STM32系列单片机。
显示器为LED显示屏。
相比于现有技术，本实用新型的转速测试装置包括采样电阻、采样电感、第一信号处理电路、第二信号处理电路、单片机和显示器。其优势在于：
1.采用电阻式检测电机转动时产生的微弱信号，相比传统的测速装置无任何机械式损耗。
2.采样电感的电磁特性产生信号，可以实现隔空采样电机转速，同样无任何机械式损耗。
3.双路采样，双路信号处理，经过综合运算筛选处理，误差不超过1％。
4.采用低成本且低功耗的单片机进行数据处理，数据精准，并配合显示器输出，可视性强。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。
图1是采样电阻的信号采集电路图。
图2是采样电感的信号采集电路图。
图3是第一信号处理电路、第二信号处理电路、单片机和显示器的电路图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。
本实施例的转速测试装置主要用于测试电机转速，尤其适用于小型直流有刷电动机的转速。直流有刷电机是一种非常通用和实用的电气设备,通过控制器及其相应组成电路能实现智能调速,在构成闭环调速的系统中,必不可少的部分就是反馈环节,反馈环节测量数据的准确性、稳定性对系统性能影响巨大,因此需要精确度高、响应速度快的测量装置完成测速工作,以达到控制系统对速度的控制要求。
本转速测试装置通过电动机电枢供电回路串接采样电阻R1(见图1)，以及用采样电感J1(自制线圈)检测电动机壳外电磁信号的两种方式检测小型直流有刷电动机的转速,误差小,速度快。
为处理采样电阻R1的输出信号以及采样电感J1的输出信号，本转速测试装置实行双路采样处理，最后两路信号进入单片机综合运算。因此在采样电阻R1后级还有第一信号处理电路、单片机和显示器，在采样电感J1后级还有第二信号处理电路、单片机和显示器。根据测试数据比较，电机电枢供电回路串接采样电阻实现的相对测量误差小于0.6％，以采样电感检测电机壳外电磁信号的方式测量的相对误差小于0.5％，系统响应周期为1s。
见图2。
第一信号处理电路用于采集并处理采样电阻R1的输出信号，其包括依次串接的一级运算放大电路、二级运算放大电路和脉冲信号生成电路。
第一信号处理电路的一级运算放大电路包括电容C8、接地电容C9、接地电容C10、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R15和第一运放U3A；其中，电阻R10、电阻R14、电阻R15和第一运放U3A组成差分放大电路，第一运放U3A采用AD8629型放大器,将输入的信号放大10倍；电容C8和电阻R9相互串联组成杂波抑制电路、并耦合在第一运放U3A的同相端，输入信号经过电容C8和R9输入抑制杂波，提高精度；接地电容C9和接地电容C10相互并联、并分别耦合在第一运放U3A的同相端，接地电容C9和C10把信号耦合到地，将输入弱的信号分成两部分；电阻R6外接一个中点参考电压，该中点参考电压通过电阻R6后耦合至第一运放U3A的同相端。
第一信号处理电路的二级运算放大电路包括电容C12、电阻R7、电阻R8、电阻R11和第二运放U3B；其中，电阻R7、电阻R8、电阻R11和第二运放U3B组成差分放大电路，第二运放U3B采用AD8629型放大器,将输入的信号放大10倍；电容C12耦合在第二运放U3B的同相端。信号经过第一次放大后直接输入第二段放大，电容C12的作用是为了消除第一次放大后还未处理好的杂波，电阻R7、电阻R8、电阻R11和第二运放U3B组成的差分放大电路对信号进行二次处理。在电阻R7对地端接入一电容C7可更好的抑制杂波的产生。
第一信号处理电路的脉冲信号生成电路包括电阻R4、电位器RP1、接地电容C11和第一比较器U2A；第一比较器U2A的型号为LM393。电阻R4和电位器RP1相互串联组成参考电压调节电路，参考电压经参考电压调节电路后耦合至第一比较器U2A的同相端，接地电容C11耦合在第一比较器U2A的同相端。经过两次放大抑制杂波后，输出的信号为正弦波形，再由第一比较器U2A比较输出脉冲波形，其中电阻R4和电位器RP1作为产生一个参考电压点，将输入的信号分割输出，接地电容C11的作用是为了避免偶然的干扰设计，提高稳定性。为了提高电路的驱动能力，可以在第一比较器U2A的输出端通过一电阻R5接入3.3V的电压。
第二信号处理电路用于采集并处理采样电感J1的输出信号，其同样包括依次串接的一级运算放大电路、二级运算放大电路和脉冲信号生成电路；
第二信号处理电路的一级运算放大电路包括电容C15、接地电容C16、接地电容C17、电阻18、电阻21、电阻R22、电阻R27、电阻R28和第三运放U4A；其中，电阻R22、电阻R27、电阻R28和第三运放U4A组成差分放大电路，第三运放U4A采用AD8629型放大器,将输入的信号放大10倍；电容C15和电阻R21相互串联组成杂波抑制电路、并耦合在第三运放U4A的同相端，输入信号经过电容C15和R21输入抑制杂波，提高精度；接地电容C16和接地电容C17相互并联、并分别耦合在第三运放U4A的同相端，接地电容C16和C17把信号耦合到地，将输入弱的信号分成两部分；电阻R18外接一个中点参考电压，该中点参考电压通过电阻R18后耦合至第三运放U4A的同相端。
第二信号处理电路的二级运算放大电路包括电容C19、电阻R19、电阻R20、电阻23和第四运放U4B，其中，电阻R19、电阻R20和电阻23和第四运放组成差分放大电路，第二运放U4B同样采用AD8629型放大器,将输入的信号放大10倍；电容C19耦合在第四运放U4B的同相端之间。信号经过第一次放大后直接输入第二段放大，电容C19的作用是为了消除第一次放大后还未处理好的杂波，电阻R19、电阻R20和电阻23和第四运放组成差分放大电路对信号进行二次处理。在电阻R19对地端接入一电容C14可更好的抑制杂波的产生。
第二信号处理电路的脉冲信号生成电路包括电阻R16、电位器RP2、接地电容C18和第二比较器，电阻R16和电位器RP2相互串联组成参考电压调节电路，参考电压经参考电压调节电路后耦合至第二比较器的同相端，接地电容C18耦合在第二比较器的同相端。经过两次放大抑制杂波后，输出的信号为正弦波形，再由第二比较器U2B比较输出脉冲波形，其中电阻R16和电位器RP2作为产生一个参考电压点，将输入的信号分割输出，接地电容C18的作用是为了避免偶然的干扰设计，提高稳定性。为了提高电路的驱动能力，可以在第二比较器U2B的输出端通过一电阻R17接入3.3V的电压。
单片机U1为STM32系列单片机，显示器U2为LED显示屏，单片机U1接收两路信号并进行整合滤波计算，配合显示器U2显示输出。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种转速测试装置，其特征在于：包括采样电阻、采样电感、第一信号处理电路、第二信号处理电路、单片机和显示器；其中，
采样电阻串接在电机电枢供电回路，用于反馈电机转速；
采样电感安装在电机机壳上，用于反馈电机转速；
第一信号处理电路用于采集并处理采样电阻的输出信号，其包括依次串接的一级运算放大电路、二级运算放大电路和脉冲信号生成电路；
第二信号处理电路用于采集并处理采样电感的输出信号，其包括依次串接的一级运算放大电路、二级运算放大电路和脉冲信号生成电路；
单片机接收第一信号处理电路和第二信号处理电路的输出信号，并进行整合滤波处理；
显示器用于显示经单片机处理后输出的电机转速值。
2.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述第一信号处理电路的一级运算放大电路包括电容C8、接地电容C9、接地电容C10、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R15和第一运放；其中，电阻R10、电阻R14、电阻R15和第一运放组成差分放大电路，电容C8和电阻R9相互串联组成杂波抑制电路、并耦合在第一运放的同相端，接地电容C9和接地电容C10相互并联、并分别耦合在第一运放的同相端；电阻R6外接一个中点参考电压，该中点参考电压通过电阻R6后耦合至第一运放的同相端。
3.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述第一信号处理电路的二级运算放大电路包括电容C12、电阻R7、电阻R8、电阻R11和第二运放，电容C12耦合在第二运放的同相端，电阻R7、电阻R8和电阻R11和第二运放组成差分放大电路。
4.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述第一信号处理电路的脉冲信号生成电路包括电阻R4、电位器RP1、接地电容C11和第一比较器，电阻R4和电位器RP1相互串联组成参考电压调节电路，参考电压经参考电压调节电路后耦合至第一比较器的同相端，接地电容C11耦合在第一比较器的同相端。
5.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述第二信号处理电路的一级运算放大电路包括电容C15、接地电容C16、接地电容C17、电阻18、电阻21、电阻R22、电阻R27、电阻R28和第三运放；其中，电阻R22、电阻R27、电阻R28和第三运放组成差分放大电路，电容C15和电阻R21相互串联组成杂波抑制电路、并耦合在第三运放的同相端，接地电容C16和接地电容C17相互并联、并分别耦合在第三运放的同相端；电阻R18外接一个中点参考电压，该中点参考电压通过电阻R18后耦合至第三运放的同相端。
6.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述第二信号处理电路的二级运算放大电路包括电容C19、电阻R19、电阻R20、电阻23和第四运放，电容C19耦合在第四运放的同相端，电阻R19、电阻R20和电阻23和第四运放组成差分放大电路。
7.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述第二信号处理电路的脉冲信号生成电路包括电阻R16、电位器RP2、接地电容C18和第二比较器，电阻R16和电位器RP2相互串联组成参考电压调节电路，参考电压经参考电压调节电路后耦合至第二比较器的同相端，接地电容C18耦合在第二比较器的同相端。
8.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述单片机为STM32系列单片机。
9.根据权利要求1所述的转速测试装置，其特征在于：所述显示器为LED显示屏。
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