转速电流检测方法综述
摘要：本文介绍了直流电机转速和电流的分别三种检测方法，简要分析了其工作原理及应用范围，最后总结了三种检测方法的优缺点。

关键词：电流检测霍尔传感器双磁环转速检测
引言：
转速是电动机极为重要的一个状态参数，在很多运动系统的测控中都需要对电机的转速进行测量。

速度测量的精度直接影响系统的控制情况，它是关系测控效果的一个重要因素。

不论是直流调速系统还是交流调速系统，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。

同时电流作为一个基本的量值其重要性是显而易见的，对其检测有非常广泛的应用场合，比如可用于各种电源的电流模式控制，各种设备的电流监测等。

在各种不同的应用场合，对电流的检测要求也因物而异，但主要是从精度、反馈速度、功耗、体积等几个方面考虑。

测量电流的方法一般分为直接式和非直接式。

直接式一般是通过串联电阻进行。

非直接式测量一般通过监控电流产生的磁场得到，由于电流周围本身会产生磁场，因此可以通过测量磁场的大小得到要测电流的大小。

转速测量：
电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理,根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列,测量转速和判别其转动方向。

根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M法(测频法)、T法(测周期法)和MΠT 法(频率Π周期法)。

1．1M法(测频法)
在规定的检测时间内,检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。

虽然检测时间一定，但检测的起止时间具有随机性因此M法测量转速在极端情况下会产生士1个转速脉冲的误差。

当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时才有较高的测量精度，因此M法适合于高速测量。

1.2T法(测周期法)
它是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速。

相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。

在极端情况下,时间的测量会产生士1个高频脉冲周期,因此T法在被测转速较低(相邻两个转速脉冲信号时间较大)时,才有较高的测量精度,所以T法适合于低速测量。

1.3MΠT法(频率Π周期法)
它是同时测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速。

由于同时对两种脉冲信号进行计数,因此只要“同时性”处理得当,MΠT法在高速和低速时都具有较高的测速精度。

用单片机实现电机转速测量
2、系统设计
在本系统中,为了能够使测速结果在整个转速范围内的准确性和分辨率达到最佳,并满足快速的动态响应要求,我们将速度范围分为两部分并分别采用两种方式进行检测。

方式1采用T法,对应于高速段。

假设时钟频率为f,编码器每转脉冲数为P,则对应的实际转速计算公式
为:n=60fΠM1P 单位为:rΠm其中M1为时钟脉冲数。

方式2对应于低速段,采用MΠT法,实际转速可用下式表示:n=60fM2ΠM1P其中M2为同一时间内脉冲数。

3、硬件实现
在计算机调速系统中大都采用光电编码器来测量转速,由于它的输出为脉冲量,可以与计算机的接口直接相连。

但是,光电编码器在低速时输出脉冲数很少,采用一般的计数方法很难保证准确性[2]。

为此,除了采用前述的基本思路外,同时利用8098单片机的高速输入口进行计数,以提高测量精度[3],见图1。

4、软件设计
采用设置标志的方法来实现在定时条件下及时进行
两种检测方式的转换,以减小对速度采样的影响。

软件流程图如图2所示。

5、结论
MΠT法可在整个速度范围内获得高分辨率,M法在高速段分辨率
较低,T法在低速段分辨率较低。

而采用MΠT法和T法相结合,可在全速范围内获得高分辨率。

通过使用本文所述两种检测方法及相应电路,可在不损失精度和分辨率的前提下获得快速响应。

电流检测：
1.1电阻检测法（直接式）
电阻检测法属于直接式检测法，一般是通过测量串接电路中电阻两端的电压信号来计算得到所要测的电流大小，测量电流的上限一般不能太大。

直接得到的电信号是模拟信号，一般都比较微弱，还须外接放大电路将信号放大，再通过A/D转换电路将其转化为数字信号。

测量的基本原理图如图1所示。

此法具有精度高、简单、成本低等诸多优点。

但对串接的测量电阻和外接的信号放大电路有一定的要求。

首先，这一电阻要有较高的精度和较好的温漂特性。

测量电阻的阻值在一定的环境下是不变的，可以通过使用一些较好的测量仪器及较先进的测量方法得到所需的精度要求；但是温度漂移不可预测，补偿也比较困难。

电阻检测法一般用于电压不高，电流相对较小的情况，电流如果太大，电阻上就会产生比较大的损耗，如通过100A电流时，即使用毫欧级别的电阻产生的功耗也是很惊人的，而电阻上的损耗几乎都转化为热能，这又增加了散热的难度。

此外，这种方法输出信号小，须要另外附加放大电路，这是电阻检测法的局限处
1.2霍尔电流传感器检测法（非直接式）
霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流到几十千赫兹的交流。

它是根据霍尔效应进行测量的一种传感器。

霍尔效应是指，若将某载流体置于磁场B中，当有电流I流过时，在载流体上平行于I、B的两侧面之间产生一个大小与电流I和磁场B的乘积成正比的电动势。

流入激励电流的电流I越大，作用在固体材料上的磁场强度就越强，霍尔电势就越高。

霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件（次级线圈）和放大电路等组成，
如图2所示
霍尔电流传感器的使用方法：电流传感器只需外接正负直流电源，被测电流母线从传感器中穿过，即可完成主电路与控制电路的隔离检测，简化了电路设计。

电流传感器的输出信号是副边电流IS ,它与输入信号（原边电流IP ）成正比，IS一般很小，只有10～400ma。

如果输出电流经过测量电阻Rm ,则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。

经A/D转换，可方便地与计算机和各种仪表接口，并可以长线传输。

霍尔电流传感器具有优越的电性能，是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电测量元件。

它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足。

具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量的优点，但此方法易受干扰，不适合在复杂的工作环境和电气环境中使用，同时元器件也易损坏。

1.3基于双磁环线圈的检测法（非直接式）
将通有电流的被测导线穿过双磁环线圈，则该导线在磁环上产生恒定的磁通，同时控制电路在双磁环中加入变化磁通，两部分磁通在每个磁环中形成合成磁通，再将每个磁环中的合成磁通所产生的磁场能经差分运算电路进行差分运算，即可实现检测出导线通过的直流电流。

工作原理：电感线圈的磁场能会随磁通的变化而改变，选用双磁环线圈作为传感器，将通有直流电流的导线穿过双磁环，此电流所产生的磁通ΦX与双磁环线圈电流所产生的磁通Φ0在每个磁环内合成，从而使每个磁环线圈中的磁通发生变化，进而使每个磁环线圈中的磁场能发生改变。

在此情况下，再将每个磁环线圈中的磁场能通过差分电桥电路进行差分运算。

差分电路能把磁通Φ0所产生的磁场能去除，仅保留磁通ΦX所产生的磁场能，这时就可以通过磁通ΦX与其磁场能关系以及被测直流电流IX与磁通ΦX的关系，推导出被测直流电流IX与磁场能的关系，从而可以用检测能量的方式来实现对被测直流电流IX的检测。

基于双磁环线圈的直流电流检测原理示意图如图4所示，基于双磁环线圈的直流电流检测原理框图如图5所示。

根据上述检测的工作原理，图6给出了检测的原理图，它主要有两部分构成，第一部分是以NE555为核心的脉冲振荡电路，主要为双磁环线圈L2和L3提供脉冲电压，使双磁环线圈L2与L3产生周期性变化的三角波电流；第二部分是L2、L3、C4、D5、D6构成的差分运算电路，主要用来检测导线通过的直流电流IX。

2、结论：
以上提出了三种直流电流的测量方法，其中电阻测量法中电流测量的范围比较小，一般在10A以内，一般用在一些控制电路的小电流测量；霍尔电流传感器型号多、量程宽、精度高、灵敏度高、线性度好、易安装、质量可靠，但不适合在复杂的工作环境和电气环境中使用，同时元器件也易损坏；而基于双磁环线圈的检测法一方面可以实现对直流电流的检测，另一方面可有效地抑制共模干扰信号，提高了检测电路的抗干扰能力，保证了检测电路的可靠性，并能在复杂工作环境下工作，缺点是硬件电路较复杂。

参考文献：
[1] 张继东.一种全新的直流电流检测方式 [J ] .仪表技术与传感器 ,2010 (1) :12-14.
[2] 鲁光辉. 霍尔电流传感器的性能及其应用[J] .四川文理学院学报（自然科学） , 2007.
[3] 张东花 ,梁俊 ,屠秉慧.无刷直流电机电流检测新技术[J ] .电测与仪表 ,2011.
[4]李泽勇.王文生.闭环霍尔电流传感器在车用电压系统中的应用[J] .电子技术应用，,2004:（5）：57.
[5] 盛程潜,叶树江.基于双磁环线圈的直流电流的检测[J ].电测与仪表,2009.
[6]谢文和. 传感器及其应用[M] .北京:高等教育出版社,2003:57-58. [7] 直流电流检测综述,百度百科
[7] 何立民.单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1991.
[8] 刘飞龙,裴海龙.光电编码器四倍频电路的实现及应用[J].自动化仪表,
2000,21(9):4-6.
[9] 封小钰,蒋贞荣.利用8089单片机实现高精度实时转速测量[J].电测与仪
表,1997,34(5):23-26.。