用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路的制作方法
用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，包括與交流測速電機（TD）輸出的交流電信號三相中兩相連接的全波整流集成電路（U1）、直流穩(wěn)壓集成電路（U2）、光耦合集成電路（U3）、施密特觸發(fā)整形集成電路（U4）和分頻集成電路（U5）。當被測機械轉(zhuǎn)速高于3000轉(zhuǎn)/分，為配合機械減速器測量，還設(shè)計有由與分頻集成電路（U5）輸出端連接的鎖相環(huán)集成電路（U6）、第一計數(shù)集成電路（U7）和第二計數(shù)集成電路（U8）構(gòu)成的倍頻電路。本實用新型提供的接口電路具有轉(zhuǎn)速檢測精度和工作可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低等優(yōu)點。
【專利說明】用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于工程檢測技術(shù)中的轉(zhuǎn)速測量領(lǐng)域，特別涉及使用交流測速電機對旋轉(zhuǎn)機械進行轉(zhuǎn)速測量的一種電隔離準數(shù)字化接口電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程檢測技術(shù)中，對旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速進行測量是一項十分重要的工作，除對維持機械工作轉(zhuǎn)速提供控制和檢測依據(jù)外，還用于配合旋轉(zhuǎn)機械的振動檢測，分析旋轉(zhuǎn)機械發(fā)生振動的原因。測量轉(zhuǎn)速的方法大致可分為離心式、感應(yīng)式、光電式及閃光頻率式等幾大類。交流測速電機是較早應(yīng)用的轉(zhuǎn)速測量傳感器，它是基于電磁感應(yīng)原理設(shè)計的，與交流同步發(fā)電機類似，把轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)化成交流正弦電信號輸出。交流測速電機輸出的交流正弦電信號，其頻率反應(yīng)被檢測機械的轉(zhuǎn)速，其輸出電壓同轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。一般的檢測儀表或信號采集系統(tǒng)，是通過測量交流測速電機輸出的電信號電壓的幅值，經(jīng)換算得到旋轉(zhuǎn)機械的實際轉(zhuǎn)速。由于交流測速電機輸出的電信號電壓的幅值隨被測機械轉(zhuǎn)速不同而變化，由于被測機械轉(zhuǎn)速變化大，其輸出的電信號電壓的幅值量程變化較大，從幾伏特到四、五十伏特，因此測量接口電路需要對信號進行分壓限幅處理。同時，由于信號是模擬量信號，當需要同計算機設(shè)備接口連接時，需要增加A/D轉(zhuǎn)換電路，電路復(fù)雜，成本高。另外，模擬量電信號在傳輸過程中，容易受到干擾，同時由于現(xiàn)場電信號沒有同檢測電路進行電的隔離，干擾信號容易進入計算機系統(tǒng)，降低了測量的精確度和測量系統(tǒng)工作的可靠性。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)采用頻率測量方法測量轉(zhuǎn)速，是通過將交流測速電機輸出的交流正弦電的頻率信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，再通過計數(shù)脈沖數(shù)測量待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。頻率信號容易轉(zhuǎn)換成脈沖信號，脈沖信號也很容易通過光耦合集成電路實現(xiàn)電的隔離，再送到采集系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速的測量精度和測量可靠性都比較高。但光耦合集成電路對輸入信號的幅值有一定的要求，如果輸入信號幅值太高，超出了電路的設(shè)計要求，光耦合集成電路輸入電流太大，將燒毀光耦合集成電路；反之，當輸入信號幅值太低，光耦合集成電路輸入端產(chǎn)生不了足夠大的電流，光I禹合集成電路的輸出端沒有信號輸出。如前述，交流測速電機輸出的信號電壓的幅值隨轉(zhuǎn)速不同，輸出的信號電壓的幅值變化較大，將這種信號同光稱合集成電路輸入匹配，需要設(shè)計一套復(fù)雜的電路，增加了設(shè)計成本，降低了電路工作的可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，以降低接口電路的制作成本，同時提高對旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速檢測的精度和工作可靠性。
[0005]本實用新型提供的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，包括與交流測速電機輸出的交流電信號三相中兩相連接的全波整流集成電路、直流穩(wěn)壓集成電路、光耦合集成電路、施密特觸發(fā)整形集成電路和分頻集成電路，所述全波整流集成電路，將交流測速電機輸出的交流電信號整流為正弦波絕對值波形的直流電信號，其輸出端經(jīng)電阻Rl、R2分壓后與直流穩(wěn)壓集成電路連接；所述直流穩(wěn)壓集成電路，用于將全波整流集成電路輸出的隨交流測速電機轉(zhuǎn)速變化而幅值變化的正弦波絕對值波形直流電信號，處理為幅值穩(wěn)定、頻率隨電路實際輸入信號成正比變化的不規(guī)整的方波信號，其輸出端經(jīng)限流電阻R3與光耦合集成電路輸入端連接；所述光耦合集成電路輸出端通過分壓電阻R4與施密特觸發(fā)整形集成電路連接，將現(xiàn)場信號與信號采集系統(tǒng)電量隔離；所述施密特觸發(fā)整形集成電路，將由光耦合集成電路輸出端輸出的不規(guī)整方波信號整形為規(guī)整的方波信號，其輸出端與分頻集成電路連接；所述分頻集成電路，將施密特觸發(fā)整形集成電路輸出端輸出的規(guī)整方波信號分頻，使信號的頻率與被測量信號頻率相等，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接，輸出規(guī)整的頻率隨被測機械轉(zhuǎn)速成正比的方波信號，由測量系統(tǒng)測出被測機械的轉(zhuǎn)速。
[0006]本實用新型的進一步技術(shù)方案，當被測機械的轉(zhuǎn)速大于3000轉(zhuǎn)/分時，為配合減速機輸出轉(zhuǎn)速的測量，上述測量接口電路最好設(shè)計有倍頻電路，所述倍頻電路的輸入端與分頻集成電路的輸出端連接，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接，輸出頻率倍增的隨測試轉(zhuǎn)速成正比的方波信號。所述倍頻電路可設(shè)計成由與分頻集成電路輸出端連接的鎖相環(huán)集成電路、第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路構(gòu)成，所述鎖相環(huán)集成電路將分頻集成電路輸出的方波信號頻率成倍增加，與鎖相環(huán)集成電路連接的第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路連接成倍頻系數(shù)電路，向鎖相環(huán)集成電路輸出倍頻系數(shù)。
[0007]本實用新型的上述技術(shù)方案，可進一步采取以下技術(shù)措施:
[0008]在本實用新型的上述技術(shù)方案中，所述光耦合集成電路可由二極管和光敏三極管構(gòu)成。
[0009]在本實用新型的上述技術(shù)方案中，所述直流穩(wěn)壓集成電路的輸入電壓幅值至少高于標準輸出電壓2V。所述標準輸出電壓是指直流穩(wěn)壓集成電路的輸出標準電壓。
[0010]在本實用新型的上述技術(shù)方案中，所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
[0011]本實用新型提供的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路的原理圖如圖1所示。電路原理說明如下:
[0012]交流測速發(fā)電機輸入軸同待測轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機械的測量軸相聯(lián)，按照電磁感應(yīng)原理，其定子輸出三相交流正弦波電信號，電信號的頻率同旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速成正比。將三相交流正弦波信號的兩相信號經(jīng)全波整流電路接入直流穩(wěn)壓集成電路。直流穩(wěn)壓集成電路是廣泛使用的電子器件，價格非常低廉，主要用于直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，如78XX系列、79XX系列等。直流穩(wěn)壓集成電路輸出電壓的等級已經(jīng)標準化，如DC+5V、+8V、+12V、-5V、-8V、-12V等。在直流穩(wěn)壓集成電路的使用中，一般要求集成穩(wěn)壓集成電路的輸入電壓至少高于標準輸出電壓2V，而最高輸入電壓可達40V。直流穩(wěn)壓集成電路具有這樣的特性，在直流穩(wěn)壓集成電路的輸入端輸入相對不穩(wěn)定的直流電壓，可以在其輸出端輸出穩(wěn)定的直流電壓。直流穩(wěn)壓集成電路這一工作特性，正好與交流測速電機輸出的電信號幅值隨轉(zhuǎn)速變化而變化的特性相匹配。將直流穩(wěn)壓集成電路應(yīng)用于交流測速電機電隔離準數(shù)字式測量接口電路，正是本實用新型的巧妙和創(chuàng)新之處。交流測速電機的輸出信號經(jīng)全波整流集成電路整流后，變成全波正弦絕對值信號，當被測旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速達到一定值后，該電信號的幅值超過直流穩(wěn)壓集成電路要求的輸入電壓幅值后，在其輸出端輸出幅值穩(wěn)定的直流信號電壓；而當輸入電信號電壓的幅值下降后，直流穩(wěn)壓集成電路的輸出端無信號輸出。因此，隨著輸入信號的頻率和幅值的變化，在直流穩(wěn)壓器的輸出端就可得到頻率變化、占寬比變化、而幅值不變的方波信號(注意此時方波信號的頻率是實際信號頻率的兩倍)。該方波信號通過光耦合集成電路后，就將現(xiàn)場電壓信號和測量系統(tǒng)實現(xiàn)了電的隔離。再將該信號進行整形和兩分頻，就得到了與實際信號相同頻率的方波信號。測量系統(tǒng)通過測量方波信號的頻率，就可得到被測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。計算機測量系統(tǒng)很容易測量出方波信號的頻率，因此這種信號也稱為準數(shù)字式。
[0013]交流測速電機的工作轉(zhuǎn)速一般在3000轉(zhuǎn)/分以下，當旋轉(zhuǎn)機械的工作轉(zhuǎn)速大于3000轉(zhuǎn)/分時，不能直接將交流同步測速電機與工作機械相聯(lián)，一般采用減速裝置將待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速降到其工作范圍內(nèi)，這樣將降低轉(zhuǎn)速測量的分辨率。為了克服這種缺陷，本實用新型的接口電路通過在整形電路之后增加倍頻電路，補償減速裝置降低的測量分辨率，而由于倍頻電路的倍頻系數(shù)可以設(shè)計的較大，反而增加了測量的分辨率，如圖2所示。
[0014]本實用新型提供的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路具有以下十分關(guān)出技術(shù)效果:
[0015]1、本實用新型巧妙地將直流穩(wěn)壓集成電路應(yīng)用到交流測速電機電隔離準數(shù)字式測量接口電路，本實用新型的接口電路可通過測量交流測速電機輸出的電信號的頻率來測量被測機械的轉(zhuǎn)速，較之現(xiàn)有技術(shù)的頻率測量方法，本實用新型的接口電路非常簡單，電路制作成本非常低廉。
[0016]2、本實用新型的接口電路，由于采用了光耦合集成電路進行電路隔離，同時采用了方波整形和倍頻電路，不僅提高了測量的準確性，而且提高了測量的抗干擾性、可靠性和分辨率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型所述用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路原理圖；
[0018]圖2是可與圖1中分頻集成電路輸出端連接的倍頻集成電路的原理圖；
[0019]圖3是圖1電路原理圖中各點波形示意圖。
[0020]TD-交流測速電機;U1-全波整流集成電路；U2_直流穩(wěn)壓集成電路；U3_光耦合集成電路；U4-施密特觸發(fā)整形集成電路；U5-分頻集成電路；U6-鎖相環(huán)集成電路；U7-第一計數(shù)集成電路；U8-第二計數(shù)集成電路。(I)-交流測速電機輸出端點；(2)-直流穩(wěn)壓集成電路輸入端點；(3)-光耦合集成電路輸入端點；(4)-施密特觸發(fā)整形集成電路輸出端點；
(5)-分頻集成電路輸出端點；(6)-鎖相環(huán)集成電路輸出端點。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】給出本實用新型的實施例，并通過實施例對本實用新型作進一步的說明，以便于人們更加容易地理解本實用新型。但需要特別指出的是，本實用新型的【具體實施方式】不限于下面實施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易地設(shè)計出其他的【具體實施方式】，因此不應(yīng)將下面給出的【具體實施方式】的實施例理解為本實用新型的保護范圍，將本實用新型的保護范圍限制在所給出的實施例。
[0022]實施利用I
[0023]本實施例的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，交流測速電機TD的定子線圈輸出三相交流電信號[(I)點]，交流測速電機定子線圈接成星形，將定子線圈的兩相輸出接入全波整流集成電路Ul。Ul輸出的電信號為正弦波絕對值波形，該電信號經(jīng)電阻Rl、R2分壓后送入直流穩(wěn)壓集成電路U2的輸入端Vin，該電信號的幅值和頻率隨測量的轉(zhuǎn)速成正比變化(其頻率是實際信號的兩倍)。電信號[(2)點]通過直流穩(wěn)壓集成電路U2 (LM7805)后，在U2的輸出端Vout得到幅值穩(wěn)定的、頻率隨實際信號成正比變化的不太規(guī)整的方波信號[(3)點]。該方波電信號經(jīng)過限流電阻R3輸入到光耦合集成電路U3后，在其輸出端就得到測量轉(zhuǎn)速的方波電信號，實現(xiàn)了現(xiàn)場電信號與信號采集系統(tǒng)電量的隔離。對不太規(guī)整的方波電信號用由集成塊U4 (NE555)組成的施密特觸發(fā)整形集成電路進行整形，電信號從管腳2輸入，從管腳3輸出電信號[(4)點]。再輸入到集成分頻電路U5 (74LS74)輸入端管腳CLK進行兩分頻，由U5的輸出端Q輸出規(guī)整的頻率隨測試轉(zhuǎn)速成正比的方波電信號[(5)點]，該電信號的電平是標準的TTL信號電平，可以直接與計算機測量系統(tǒng)接口連接，測出待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。
[0024]實施例2
[0025]本實施例的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，為用于測量轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上的航空發(fā)動機轉(zhuǎn)速的接口電路，其結(jié)構(gòu)與實施例1不同的地方是，先將航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)速通過機械減速器降到交流測速電機適用的轉(zhuǎn)速范圍(3000轉(zhuǎn)/分以下)，之后將交流測速電機TD與減速器的輸出軸連接，再將實施例1中的分頻集成電路U5(74LS74)輸出端Q與附圖2中的倍頻電路輸入端連接。所述倍頻電路(如圖2所示)由與分頻集成電路U5 (74LS74)輸出端Q連接的鎖相環(huán)集成電路U6 (⑶4046)、第一計數(shù)集成電路U7 (⑶4018)和第二計數(shù)集成電路U8 (⑶4018)構(gòu)成。由圖1輸出的方波信號輸入到U6的輸入管腳14，U7、U8接成倍頻系數(shù)為60倍。U6的輸出管腳4輸出已倍頻60倍的信號[(6)點]送到計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或者脈沖輸入的測量儀表，測出待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。
【權(quán)利要求】
1.一種用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于包括與交流測速電機(TD)輸出的交流電信號三相中兩相連接的全波整流集成電路(U1)、直流穩(wěn)壓集成電路(U2 )、光耦合集成電路(U3 )、施密特觸發(fā)整形集成電路(U4 )和分頻集成電路(U5 )，所述全波整流集成電路，將交流測速電機輸出的交流電信號整流為正弦波絕對值波形的直流電信號，其輸出端經(jīng)電阻Rl、R2分壓后與直流穩(wěn)壓集成電路連接；所述直流穩(wěn)壓集成電路，用于將全波整流集成電路輸出的隨交流測速電機轉(zhuǎn)速變化而幅值變化的正弦波絕對值波形直流電信號，處理為幅值穩(wěn)定、頻率隨電路實際輸入信號成正比變化的不規(guī)整的方波信號，其輸出端經(jīng)限流電阻R3與光耦合集成電路輸入端連接；所述光耦合集成電路輸出端通過分壓電阻R4與施密特觸發(fā)整形集成電路連接，將現(xiàn)場信號與信號采集系統(tǒng)電量隔離；所述施密特觸發(fā)整形集成電路，將由光耦合集成電路輸出端輸出的不規(guī)整方波信號整形為規(guī)整的方波信號，其輸出端與分頻集成電路連接；所述分頻集成電路，將施密特觸發(fā)整形集成電路輸出端輸出的規(guī)整方波信號分頻，使信號的頻率與被測量信號頻率相等，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接，輸出規(guī)整的頻率隨被測機械轉(zhuǎn)速成正比的方波信號，由測量系統(tǒng)測出被測機械的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于當被測機械的轉(zhuǎn)速大于3000轉(zhuǎn)/分時，測量接口電路設(shè)計有倍頻電路，所述倍頻電路的輸入端與分頻集成電路(U5)的輸出端連接，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接輸出頻率倍增的隨被測機械轉(zhuǎn)速成正比的方波信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述倍頻電路由與分頻集成電路(U5)輸出端連接的鎖相環(huán)集成電路(U6)、第一計數(shù)集成電路(U7)和第二計數(shù)集成電路(U8)構(gòu)成，所述鎖相環(huán)集成電路將分頻集成電路輸出的方波信號頻率成倍增加，與鎖相環(huán)集成電路連接的第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路組成倍頻系數(shù)電路，向鎖相環(huán)集成電路輸出倍頻系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述光耦合集成電路由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述直流穩(wěn)壓集成電路(U2)的輸入電壓至少高于標準輸出電壓2V。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述直流穩(wěn)壓集成電路(U2)的輸入電壓至少高于標準輸出電壓2V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
【文檔編號】G01P3/481GK203551587SQ201320694270
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】劉建, 周飛 申請人:成都發(fā)動機（集團）有限公司
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，包括與交流測速電機（TD）輸出的交流電信號三相中兩相連接的全波整流集成電路（U1）、直流穩(wěn)壓集成電路（U2）、光耦合集成電路（U3）、施密特觸發(fā)整形集成電路（U4）和分頻集成電路（U5）。當被測機械轉(zhuǎn)速高于3000轉(zhuǎn)/分，為配合機械減速器測量，還設(shè)計有由與分頻集成電路（U5）輸出端連接的鎖相環(huán)集成電路（U6）、第一計數(shù)集成電路（U7）和第二計數(shù)集成電路（U8）構(gòu)成的倍頻電路。本實用新型提供的接口電路具有轉(zhuǎn)速檢測精度和工作可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低等優(yōu)點。
【專利說明】用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于工程檢測技術(shù)中的轉(zhuǎn)速測量領(lǐng)域，特別涉及使用交流測速電機對旋轉(zhuǎn)機械進行轉(zhuǎn)速測量的一種電隔離準數(shù)字化接口電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程檢測技術(shù)中，對旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速進行測量是一項十分重要的工作，除對維持機械工作轉(zhuǎn)速提供控制和檢測依據(jù)外，還用于配合旋轉(zhuǎn)機械的振動檢測，分析旋轉(zhuǎn)機械發(fā)生振動的原因。測量轉(zhuǎn)速的方法大致可分為離心式、感應(yīng)式、光電式及閃光頻率式等幾大類。交流測速電機是較早應(yīng)用的轉(zhuǎn)速測量傳感器，它是基于電磁感應(yīng)原理設(shè)計的，與交流同步發(fā)電機類似，把轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)化成交流正弦電信號輸出。交流測速電機輸出的交流正弦電信號，其頻率反應(yīng)被檢測機械的轉(zhuǎn)速，其輸出電壓同轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。一般的檢測儀表或信號采集系統(tǒng)，是通過測量交流測速電機輸出的電信號電壓的幅值，經(jīng)換算得到旋轉(zhuǎn)機械的實際轉(zhuǎn)速。由于交流測速電機輸出的電信號電壓的幅值隨被測機械轉(zhuǎn)速不同而變化，由于被測機械轉(zhuǎn)速變化大，其輸出的電信號電壓的幅值量程變化較大，從幾伏特到四、五十伏特，因此測量接口電路需要對信號進行分壓限幅處理。同時，由于信號是模擬量信號，當需要同計算機設(shè)備接口連接時，需要增加A/D轉(zhuǎn)換電路，電路復(fù)雜，成本高。另外，模擬量電信號在傳輸過程中，容易受到干擾，同時由于現(xiàn)場電信號沒有同檢測電路進行電的隔離，干擾信號容易進入計算機系統(tǒng)，降低了測量的精確度和測量系統(tǒng)工作的可靠性。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)采用頻率測量方法測量轉(zhuǎn)速，是通過將交流測速電機輸出的交流正弦電的頻率信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，再通過計數(shù)脈沖數(shù)測量待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。頻率信號容易轉(zhuǎn)換成脈沖信號，脈沖信號也很容易通過光耦合集成電路實現(xiàn)電的隔離，再送到采集系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速的測量精度和測量可靠性都比較高。但光耦合集成電路對輸入信號的幅值有一定的要求，如果輸入信號幅值太高，超出了電路的設(shè)計要求，光耦合集成電路輸入電流太大，將燒毀光耦合集成電路；反之，當輸入信號幅值太低，光耦合集成電路輸入端產(chǎn)生不了足夠大的電流，光I禹合集成電路的輸出端沒有信號輸出。如前述，交流測速電機輸出的信號電壓的幅值隨轉(zhuǎn)速不同，輸出的信號電壓的幅值變化較大，將這種信號同光稱合集成電路輸入匹配，需要設(shè)計一套復(fù)雜的電路，增加了設(shè)計成本，降低了電路工作的可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，以降低接口電路的制作成本，同時提高對旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速檢測的精度和工作可靠性。
[0005]本實用新型提供的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，包括與交流測速電機輸出的交流電信號三相中兩相連接的全波整流集成電路、直流穩(wěn)壓集成電路、光耦合集成電路、施密特觸發(fā)整形集成電路和分頻集成電路，所述全波整流集成電路，將交流測速電機輸出的交流電信號整流為正弦波絕對值波形的直流電信號，其輸出端經(jīng)電阻Rl、R2分壓后與直流穩(wěn)壓集成電路連接；所述直流穩(wěn)壓集成電路，用于將全波整流集成電路輸出的隨交流測速電機轉(zhuǎn)速變化而幅值變化的正弦波絕對值波形直流電信號，處理為幅值穩(wěn)定、頻率隨電路實際輸入信號成正比變化的不規(guī)整的方波信號，其輸出端經(jīng)限流電阻R3與光耦合集成電路輸入端連接；所述光耦合集成電路輸出端通過分壓電阻R4與施密特觸發(fā)整形集成電路連接，將現(xiàn)場信號與信號采集系統(tǒng)電量隔離；所述施密特觸發(fā)整形集成電路，將由光耦合集成電路輸出端輸出的不規(guī)整方波信號整形為規(guī)整的方波信號，其輸出端與分頻集成電路連接；所述分頻集成電路，將施密特觸發(fā)整形集成電路輸出端輸出的規(guī)整方波信號分頻，使信號的頻率與被測量信號頻率相等，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接，輸出規(guī)整的頻率隨被測機械轉(zhuǎn)速成正比的方波信號，由測量系統(tǒng)測出被測機械的轉(zhuǎn)速。
[0006]本實用新型的進一步技術(shù)方案，當被測機械的轉(zhuǎn)速大于3000轉(zhuǎn)/分時，為配合減速機輸出轉(zhuǎn)速的測量，上述測量接口電路最好設(shè)計有倍頻電路，所述倍頻電路的輸入端與分頻集成電路的輸出端連接，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接，輸出頻率倍增的隨測試轉(zhuǎn)速成正比的方波信號。所述倍頻電路可設(shè)計成由與分頻集成電路輸出端連接的鎖相環(huán)集成電路、第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路構(gòu)成，所述鎖相環(huán)集成電路將分頻集成電路輸出的方波信號頻率成倍增加，與鎖相環(huán)集成電路連接的第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路連接成倍頻系數(shù)電路，向鎖相環(huán)集成電路輸出倍頻系數(shù)。
[0007]本實用新型的上述技術(shù)方案，可進一步采取以下技術(shù)措施:
[0008]在本實用新型的上述技術(shù)方案中，所述光耦合集成電路可由二極管和光敏三極管構(gòu)成。
[0009]在本實用新型的上述技術(shù)方案中，所述直流穩(wěn)壓集成電路的輸入電壓幅值至少高于標準輸出電壓2V。所述標準輸出電壓是指直流穩(wěn)壓集成電路的輸出標準電壓。
[0010]在本實用新型的上述技術(shù)方案中，所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
[0011]本實用新型提供的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路的原理圖如圖1所示。電路原理說明如下:
[0012]交流測速發(fā)電機輸入軸同待測轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機械的測量軸相聯(lián)，按照電磁感應(yīng)原理，其定子輸出三相交流正弦波電信號，電信號的頻率同旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速成正比。將三相交流正弦波信號的兩相信號經(jīng)全波整流電路接入直流穩(wěn)壓集成電路。直流穩(wěn)壓集成電路是廣泛使用的電子器件，價格非常低廉，主要用于直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，如78XX系列、79XX系列等。直流穩(wěn)壓集成電路輸出電壓的等級已經(jīng)標準化，如DC+5V、+8V、+12V、-5V、-8V、-12V等。在直流穩(wěn)壓集成電路的使用中，一般要求集成穩(wěn)壓集成電路的輸入電壓至少高于標準輸出電壓2V，而最高輸入電壓可達40V。直流穩(wěn)壓集成電路具有這樣的特性，在直流穩(wěn)壓集成電路的輸入端輸入相對不穩(wěn)定的直流電壓，可以在其輸出端輸出穩(wěn)定的直流電壓。直流穩(wěn)壓集成電路這一工作特性，正好與交流測速電機輸出的電信號幅值隨轉(zhuǎn)速變化而變化的特性相匹配。將直流穩(wěn)壓集成電路應(yīng)用于交流測速電機電隔離準數(shù)字式測量接口電路，正是本實用新型的巧妙和創(chuàng)新之處。交流測速電機的輸出信號經(jīng)全波整流集成電路整流后，變成全波正弦絕對值信號，當被測旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速達到一定值后，該電信號的幅值超過直流穩(wěn)壓集成電路要求的輸入電壓幅值后，在其輸出端輸出幅值穩(wěn)定的直流信號電壓；而當輸入電信號電壓的幅值下降后，直流穩(wěn)壓集成電路的輸出端無信號輸出。因此，隨著輸入信號的頻率和幅值的變化，在直流穩(wěn)壓器的輸出端就可得到頻率變化、占寬比變化、而幅值不變的方波信號(注意此時方波信號的頻率是實際信號頻率的兩倍)。該方波信號通過光耦合集成電路后，就將現(xiàn)場電壓信號和測量系統(tǒng)實現(xiàn)了電的隔離。再將該信號進行整形和兩分頻，就得到了與實際信號相同頻率的方波信號。測量系統(tǒng)通過測量方波信號的頻率，就可得到被測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。計算機測量系統(tǒng)很容易測量出方波信號的頻率，因此這種信號也稱為準數(shù)字式。
[0013]交流測速電機的工作轉(zhuǎn)速一般在3000轉(zhuǎn)/分以下，當旋轉(zhuǎn)機械的工作轉(zhuǎn)速大于3000轉(zhuǎn)/分時，不能直接將交流同步測速電機與工作機械相聯(lián)，一般采用減速裝置將待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速降到其工作范圍內(nèi)，這樣將降低轉(zhuǎn)速測量的分辨率。為了克服這種缺陷，本實用新型的接口電路通過在整形電路之后增加倍頻電路，補償減速裝置降低的測量分辨率，而由于倍頻電路的倍頻系數(shù)可以設(shè)計的較大，反而增加了測量的分辨率，如圖2所示。
[0014]本實用新型提供的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路具有以下十分關(guān)出技術(shù)效果:
[0015]1、本實用新型巧妙地將直流穩(wěn)壓集成電路應(yīng)用到交流測速電機電隔離準數(shù)字式測量接口電路，本實用新型的接口電路可通過測量交流測速電機輸出的電信號的頻率來測量被測機械的轉(zhuǎn)速，較之現(xiàn)有技術(shù)的頻率測量方法，本實用新型的接口電路非常簡單，電路制作成本非常低廉。
[0016]2、本實用新型的接口電路，由于采用了光耦合集成電路進行電路隔離，同時采用了方波整形和倍頻電路，不僅提高了測量的準確性，而且提高了測量的抗干擾性、可靠性和分辨率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型所述用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路原理圖；
[0018]圖2是可與圖1中分頻集成電路輸出端連接的倍頻集成電路的原理圖；
[0019]圖3是圖1電路原理圖中各點波形示意圖。
[0020]TD-交流測速電機;U1-全波整流集成電路；U2_直流穩(wěn)壓集成電路；U3_光耦合集成電路；U4-施密特觸發(fā)整形集成電路；U5-分頻集成電路；U6-鎖相環(huán)集成電路；U7-第一計數(shù)集成電路；U8-第二計數(shù)集成電路。(I)-交流測速電機輸出端點；(2)-直流穩(wěn)壓集成電路輸入端點；(3)-光耦合集成電路輸入端點；(4)-施密特觸發(fā)整形集成電路輸出端點；
(5)-分頻集成電路輸出端點；(6)-鎖相環(huán)集成電路輸出端點。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】給出本實用新型的實施例，并通過實施例對本實用新型作進一步的說明，以便于人們更加容易地理解本實用新型。但需要特別指出的是，本實用新型的【具體實施方式】不限于下面實施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易地設(shè)計出其他的【具體實施方式】，因此不應(yīng)將下面給出的【具體實施方式】的實施例理解為本實用新型的保護范圍，將本實用新型的保護范圍限制在所給出的實施例。
[0022]實施利用I
[0023]本實施例的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，交流測速電機TD的定子線圈輸出三相交流電信號[(I)點]，交流測速電機定子線圈接成星形，將定子線圈的兩相輸出接入全波整流集成電路Ul。Ul輸出的電信號為正弦波絕對值波形，該電信號經(jīng)電阻Rl、R2分壓后送入直流穩(wěn)壓集成電路U2的輸入端Vin，該電信號的幅值和頻率隨測量的轉(zhuǎn)速成正比變化(其頻率是實際信號的兩倍)。電信號[(2)點]通過直流穩(wěn)壓集成電路U2 (LM7805)后，在U2的輸出端Vout得到幅值穩(wěn)定的、頻率隨實際信號成正比變化的不太規(guī)整的方波信號[(3)點]。該方波電信號經(jīng)過限流電阻R3輸入到光耦合集成電路U3后，在其輸出端就得到測量轉(zhuǎn)速的方波電信號，實現(xiàn)了現(xiàn)場電信號與信號采集系統(tǒng)電量的隔離。對不太規(guī)整的方波電信號用由集成塊U4 (NE555)組成的施密特觸發(fā)整形集成電路進行整形，電信號從管腳2輸入，從管腳3輸出電信號[(4)點]。再輸入到集成分頻電路U5 (74LS74)輸入端管腳CLK進行兩分頻，由U5的輸出端Q輸出規(guī)整的頻率隨測試轉(zhuǎn)速成正比的方波電信號[(5)點]，該電信號的電平是標準的TTL信號電平，可以直接與計算機測量系統(tǒng)接口連接，測出待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。
[0024]實施例2
[0025]本實施例的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，為用于測量轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上的航空發(fā)動機轉(zhuǎn)速的接口電路，其結(jié)構(gòu)與實施例1不同的地方是，先將航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)速通過機械減速器降到交流測速電機適用的轉(zhuǎn)速范圍(3000轉(zhuǎn)/分以下)，之后將交流測速電機TD與減速器的輸出軸連接，再將實施例1中的分頻集成電路U5(74LS74)輸出端Q與附圖2中的倍頻電路輸入端連接。所述倍頻電路(如圖2所示)由與分頻集成電路U5 (74LS74)輸出端Q連接的鎖相環(huán)集成電路U6 (⑶4046)、第一計數(shù)集成電路U7 (⑶4018)和第二計數(shù)集成電路U8 (⑶4018)構(gòu)成。由圖1輸出的方波信號輸入到U6的輸入管腳14，U7、U8接成倍頻系數(shù)為60倍。U6的輸出管腳4輸出已倍頻60倍的信號[(6)點]送到計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或者脈沖輸入的測量儀表，測出待測旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速。
【權(quán)利要求】
1.一種用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于包括與交流測速電機(TD)輸出的交流電信號三相中兩相連接的全波整流集成電路(U1)、直流穩(wěn)壓集成電路(U2 )、光耦合集成電路(U3 )、施密特觸發(fā)整形集成電路(U4 )和分頻集成電路(U5 )，所述全波整流集成電路，將交流測速電機輸出的交流電信號整流為正弦波絕對值波形的直流電信號，其輸出端經(jīng)電阻Rl、R2分壓后與直流穩(wěn)壓集成電路連接；所述直流穩(wěn)壓集成電路，用于將全波整流集成電路輸出的隨交流測速電機轉(zhuǎn)速變化而幅值變化的正弦波絕對值波形直流電信號，處理為幅值穩(wěn)定、頻率隨電路實際輸入信號成正比變化的不規(guī)整的方波信號，其輸出端經(jīng)限流電阻R3與光耦合集成電路輸入端連接；所述光耦合集成電路輸出端通過分壓電阻R4與施密特觸發(fā)整形集成電路連接，將現(xiàn)場信號與信號采集系統(tǒng)電量隔離；所述施密特觸發(fā)整形集成電路，將由光耦合集成電路輸出端輸出的不規(guī)整方波信號整形為規(guī)整的方波信號，其輸出端與分頻集成電路連接；所述分頻集成電路，將施密特觸發(fā)整形集成電路輸出端輸出的規(guī)整方波信號分頻，使信號的頻率與被測量信號頻率相等，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接，輸出規(guī)整的頻率隨被測機械轉(zhuǎn)速成正比的方波信號，由測量系統(tǒng)測出被測機械的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于當被測機械的轉(zhuǎn)速大于3000轉(zhuǎn)/分時，測量接口電路設(shè)計有倍頻電路，所述倍頻電路的輸入端與分頻集成電路(U5)的輸出端連接，其輸出端與測量系統(tǒng)信號采集端連接輸出頻率倍增的隨被測機械轉(zhuǎn)速成正比的方波信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述倍頻電路由與分頻集成電路(U5)輸出端連接的鎖相環(huán)集成電路(U6)、第一計數(shù)集成電路(U7)和第二計數(shù)集成電路(U8)構(gòu)成，所述鎖相環(huán)集成電路將分頻集成電路輸出的方波信號頻率成倍增加，與鎖相環(huán)集成電路連接的第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路組成倍頻系數(shù)電路，向鎖相環(huán)集成電路輸出倍頻系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述光耦合集成電路由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述直流穩(wěn)壓集成電路(U2)的輸入電壓至少高于標準輸出電壓2V。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述直流穩(wěn)壓集成電路(U2)的輸入電壓至少高于標準輸出電壓2V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于交流測速電機的電隔離準數(shù)字式測量接口電路，其特征在于所述第一計數(shù)集成電路和第二計數(shù)集成電路均為可預(yù)置1/N計數(shù)器的集成電路。
【文檔編號】G01P3/481GK203551587SQ201320694270
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】劉建, 周飛 申請人:成都發(fā)動機（集團）有限公司
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