实验磁电传感器转速测量实验
一. 实验目的
1.通过本实验了解和掌握采用磁电传感器测量的原理和方法。

2.通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。

二. 实验原理
1.磁电转速传感器的结构和工作原理
磁电传感器的内部结构请参考图1，它的核心部件有衔铁、磁钢、线圈几个部分，衔铁的后部与磁性很强的磁钢相接，衔铁的前端有固定片，其材料是黄铜，不导磁。

线圈缠绕在骨架上并固定在传感器内部。

为了传感器的可靠性，在传感器的后部填入了环氧树脂以固定引线和内部结构。

图1 磁电传感器的内部结构
使用时，磁电转速传感器是和测速（发讯）齿轮配合使用的，如图2。

测速齿轮的材料是导磁的软磁材料，如钢、铁、镍等金属或者合金。

测速齿轮的齿顶与传感器的距离d比较小，通常按照传感器的安装要求，d约为1mm。

齿轮的齿数为定值（通常为60齿）。

这样，当测速齿轮随被测旋转轴同步旋转的时候，齿轮的齿顶和齿根会均匀的经过传感器的表面，引起磁隙变化。

在探头线圈中产生感生电动势，在一定的转速范围内，其幅度与转速成正比，转速越高输出的电压越高，输出频率与转速成正比。

图2直射式光电转速传感器的工作方式
那么，在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。

如
设齿轮齿数为N，转速为n，脉冲频率为f，则有：
n=f/N
通常，转速的单位是转/分钟（rpm），所以要在上述公式的得数再乘以60，才能得到以rpm为单位的转速数据，即n=60×f/N。

在使用60齿的发讯齿轮时，就可以得到一个简单的转速公式n=f。

所以，就可以使用频率计测量转速。

这就是在工业中转速测量中发讯齿轮多为60齿的原因。

2.DRCD-12-A型磁电转速传感器简介
DRCD-12-A型磁电转速传感器采用了RS9001-1型无源磁电转速传感器作为敏感探头，为了适应采集卡对信号幅度的要求，在探头的处理电路中使用了限幅放大电路、比较器等电路，最后将幅值与转速成正比的类正弦（与发讯齿轮的齿形有关系）脉冲信号，处理成幅值在0～＋5V的方波信号。

传感器的探头与转子实验模块通过BNC连接器连接，探头本身就是一个完整的RS9001-1型工业用无源磁电转速传感器。

探头的工作信号可以接到模拟示波器上进行观察。

据资料，RS9001-1型无源磁电转速传感器的测量范围在10～10000rpm（60齿），发讯齿轮的齿形最好是渐开线齿形，模数2～4。

输出的波形是近似正弦波。

如果使用大模数的齿轮或者用其他齿形将会产生巨大的波形畸变，妨碍精确测量。

DRZZS-A型转子实验台的发讯齿轮齿数为15，为了安全的考虑，并没有将齿轮做成标准的渐开线齿形，而是做成了圆顶。

三. 实验仪器和设备
1. 计算机n台
2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套
3. 并口数据采集仪（DRDAQ-EPP2）1台
4. 开关电源（DRDY-A）1台
5. 磁电转速传感器（DRCD-12-A）1套
6. 转子/振动实验台（DRZZS-A）/(DRZD-A) 1 台
四. 实验步骤及内容
1.将磁电传感器安装在转子试验台上专用的传感器架上，使其探头对准测速用15齿齿轮
的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm。

图3为DRZZS-A型多功能转
子试验台传感器安装位置示意图，其中1号位置即为磁电转速传感器安装位置。

2.启动服务器，运行DRVI程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其
中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。

联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动“内置的Web服务器”，开始监听8500端口。

3.打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联
机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务
器IP地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，
认证完毕即可正常运行客户端所有功能。

4.在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开WEB版实验指导书，在实验目录中选
择“磁电传感器转速测量”实验，按实验原理和要求，在DRVI软件平台中搭建该实验。

图3 DRZZS-A型多功能转子试验台传感器安装位置示意图
图4 转速测量实验（服务器端）设计原理图
5.本实验的目的是了解转速测量的方法，并且要实现服务器端的数据共享功能，需要分
别设计服务器端和客户端的实验脚本。

对于服务器端，首先需要将数据采集进来，蓝
津信息提供了一个配套的8通道并口数据采集仪来完成外部信号的数据采集过程，在DRVI软件平台中，对应的数据采集软件芯片为“蓝津DAQ_A/D”芯片；数据采集仪的启动采用一片“0/1按钮”芯片来控制；为完成转速的计算，使用一片“VBScript脚本”芯片，在其中添加转速计算的脚本，计算出电机的旋转频率和转速，并通过“数码LED”芯片显示出来；另外，为了控制计算的准确性，插入一片“数字调节”芯片，用于设定门限值，只有大于该门限值的信号才被认为是正常的转速信号；还需要选择一片“波形/频谱显示”芯片，用于显示通过光电传感器获取的转速信号的时域波形；然后再插入1片“内存条”芯片，用于数据采集仪采集到的存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个“转速测量”服务器端的实验，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图10.4所示，根据实验原理设计图在DRVI软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程。

6.VBScript程序设计指导：在本实验中，转速的计算是通过在“VBScript脚本”芯片
中添加脚本实现的，该芯片由内存芯片6000来驱动，当6000中数据产生变化，也就是有新的采样数据进来时，启动“VBScript脚本”芯片计算电机的旋转频率和转速。

程序主要设计思路如下：
由于内存IC中的数据是不能直接用来运算的，所以，需要定义一个数组，将内存的数据拷贝到数组中，再来组织运算。

将数组中的数据进行分析，以得到脉冲信号的频率。

实际上，我们得到的信号是已经调理好的正向方波信号，只需要计算出这些方波信号的周期就可以得到脉冲的频率。

根据实验原理所给的公式，进而可以计算出电机的转速。

作为计算机，对脉冲信号周期的分析是需要准确测量信号上“对应点”的相距点数。

“对应点”是指会周期性出现的点，并且有可识别的特征。

比如正弦信号的过零点，峰值点，脉冲信号的上升和下降沿。

程序的具体写法在光电传感器转速测量实验中已经有介绍，在这里不再重复。

本实验与光电传感器的转速测量实验略有不同请同学们注意，需要在程序上稍作调整。

具体的程序需要同学们自己来完成。

图5 转速测量实验（客户端）设计原理图
7.对于客户端，与以前设计过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基础上进行信号
的分析和处理，在DRVI软件平台中，客户端是通过“TCP客户端”芯片和“定时器”芯片的组合来完成网络数据采集功能，另外还需采用“IP地址输入”芯片来指定数据共享服务器的IP地址，其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图5所示。

8.在Web版的实验指导书中，还提供了本实验的参考脚本，可以直接点击附录中该实验
脚本文件“服务器端”和“客户端”的链接，将参考的实验脚本文件读入DRVI软件平台中并运行。

服务器端实验效果示意图如图6所示。

图6 磁电转速传感器转速测量实验效果示意图
9.启动转子实验台，调节转速旋钮使电机达到某一稳定转速，点击面板中的“开关”按
钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。

10.调节电机转速至另一稳定转速，再次进行测量，观察并记录测量结果。

11.对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的IP地址，然后在确保数据共享服务器
端8500端口打开的前提下，点击“开关”按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端转速测量值随外界条件变化而变化的情况，并记录实验结果。

五．扩展实验设计
1.用自相关分析法测定转速。

2.用频谱分析法测转速。

六．实验报告要求
1.简述实验目的和原理，根据实验原理和要求整理实验设计原理图。

2.根据实验步骤分析并整理转速测量结果。

七．思考题
1.转速测量还可以采用其它那些传感器进行？
2.采用磁电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？八．附录
本实验的流程框图如图7所示。

图7 磁电转速传感器转速测量实验参考信号处理框图。