光电开关在主推进模拟试验装置转速测量中的应用

第 36卷 第 3期 上 海 船 舶 运 输 科 学 研 究 所 学 报 Vo1．36 No．32013年 9月 JOURNAL OF SHANGHAI SHIP AND SHIPPING RESEARCH INSTITUTE Sep．2013文章编号：1674—5949(2013)03—0056—04光电开关在主推进模拟试验装置转速测量中的应用芦 宁， 姚 震中海船研科技股份有限公司 研究开发部，上海 200135摘 要 ：介绍 了转速测量技术的发展及各种转 速测量方法 ，针对主推进模 拟试 验装置的特点 ，选用 了基 于光 电开关测量转速的方法，实现对试验装置中电动机转速的精确测量。

关键词 ：转 速测量 ；光电开关 ；主推进中图分类号 ：TH327 文献标志码：AMeasuring Rotation Speed with Photoelectric SwitchAbstract：A photoelectric—switch—based rotation speed sensor for marine propulsion simulator is designed on the basis of invesfigating measurement technologies for similar applications．The design，having taken the system particulars into full consideration，gives accurate speed of the simulation motor.

Key words：rotation speed measurement；photoelectric switch0 引 言柴电燃主推进模拟试验装置是由上海船舶运输科学研究所为满足海军的需要 自主研发的主推进动力模拟实验平台。转速测量是重要环节，为保证该装置的运行可靠性 、安全性及相关试验的精确性 ，选择合适 的测量技术和方法对该装置进行精确的转速测量尤为重要 。

1 转速测量技术的发展转速的测量方法经历了接触式测量、非接触式测量 以及利用视频技术测量转速 3个 阶段。接触式测量包括离心式转速表测量和定时式转速表测量等 ，其优点是价格便宜、使用方便 ，适用于很多对转速精度不高的接触式测量，缺点是测量精度不高，转速测量范围不大。非接触式测量包括用光电传感器、霍尔传感器 、磁电感应传感器、压电加速度传感器的测量仪和频闪式转速测量仪等，其优点是不受场地、环境、温度等检测条件的限制，适用于条件既恶劣又危险的工业环境，而且其测量精度高、稳定性好、转速测量范围大、价格便宜，缺点是容易受电磁干扰和振动干扰。利用视频技术测量转速主要有基于光学鼠标传感器的转速测量和基于视频处理技术的转速测量 ，其优点是适应的场合多 、抗电磁干扰能力强 ，缺点是用此技术测量转速的范同不够大，测量精度也不够高，成本较高。

上述的各种测量方法都各有优缺点，在工业应用过程中，往往根据实际情况，综合考虑经济 、安全、高效等因素，选择合适的测量方法和测量方式，使被测物体的转速测量值更加接近真值。

收稿 日期 ：2013—04—02作者简介 ：芦 宁(1980一)，男 ，上海人 ，助理研究员 ，硕 士，主要从事机舱 自动化研 究。

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ne Ⅱp oe V e Dd nah CraeSeR芦 宁，等：光电开关在主推进模拟试验装置转速测量中的应用 572 光电开关的选用柴电燃主推进模拟试验装置是用 3台电动机分别模拟船用推进燃气轮机、推进电动机和螺旋桨，以完成船舶推进系统各种工况应用模 拟的试验装置 。该系统对转速测量的精 度有较高要求 ，转速误差需控制在±5‰，控制系统需采集转速信号用以控制，故选用非接触式传感器。

非接触方式中，传统船用柴油机的转速测量多采用磁电感应传感器。磁电感应转速传感器的工作方式决定了它有较强的适应性，能够在烟雾、油气、水汽等环境中工作，工程上对其安装有一定要求，对齿轮形式的测速 ，其对齿轮模数比有一定要求。模拟试验装置安装在实验室环境 中，属普通室 内环境，与船舶机舱环境相比，其温度 、湿度相对稳定 。

磁电感应传感器属于无源传感器 ，运行过程无需供 电，依靠磁 电感应产生信号，其感应电势产生的电压大小与被测对象转速有关 ，输出电压和转速成正 比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗过大，使得输出电势饱和甚至锐减。因此，磁电感应传感器抗电磁干扰能力较弱，易造成输出不准，且信号整形、处理电路较为复杂，因此其不适合对模拟试验装置这种电动机强电磁干扰设备的转速进行测量 。

模拟试验装置 中的非接触式传感器选定U型光 电开关 ，其具备有源数字输 出和便 于安装等特点 ，且具有一定的抗 电磁干扰能力 。

3 系统转速测量原理光 电开关是光 电接近开关 的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，检测遮挡物体。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对 目标物体进行检测 。系统选用的光电开关为 TEOPTO公司的 JCG一3O72TM3NC型开关 ，开关外型见 图 1，技术指标见表 1。

表 1 光电开关技术参数图 1 JCG-3072TM3NC型光 电开关直流电源 交流电源 自由电源12～ 240 VDC工作电压 10～30 VDC 9～250 VAC24～ 240 VAC输出形式及输出电流 晶体管输出 ≤200 mA指 向角 镜面反射 ：1o～5。，对射 ：3℃ ～2O℃响应时间 直接反射：<3 ms，镜面反射：<5 ms，对射：<5 ms迟滞范围 约为检测距离的 1 ～15 oA保护回路 具备防护等级 IP66环境温度 一2O℃～8O℃(不凝露 ，不结冰)外壳材料 ABS接线形式 引线 2 m整个模拟试验装置中安装有 6个光电开关传感器，可进行 6路转速测量，以其中一路转速测量通道为例 ，说明系统转速测量的原理 。将光电开关安装在待测量轴的测速齿轮两侧，前后调整好相应 的位置 ，使光电开关发射窗与接收窗正好位于轮齿和齿槽两侧 (见 图 2)。当齿槽位于接收窗与发射窗之 间时，接收窗能够接收到发射窗射出的光线，光电开关输出高电平信号；当轮齿位于接收窗与发射窗之间时，发射窗射出的光线正好被轮齿遮挡住，接收窗不能够接收到发射窗射出的光线，光电开关输出低电平信号；按照此原理，在