数字式光电转速仪

系统组成与信号链

数字式光电转速仪属于开关式（通断式）光电传感器的应用形式，其输出只有“有光/无光”两种状态，对应电信号的“1/0”。系统由三部分组成：

• 光路部分：光源（常用白炽灯、发光二极管或半导体激光器）、带孔转盘（或带黑白标记的反射盘）、缝隙板（光阑）。
• 光电转换部分：光敏元件（光敏二极管、光敏晶体管、光电池等），把光通量的通断转换为电脉冲。
• 电路部分：整形、计数与频率/转速显示电路。

被测轴与开孔圆盘的输入轴相连，圆盘随被测轴同步旋转。

直射式（透射式）测速原理

光源发出的恒定光通量经缝隙板与开孔圆盘后照射到光敏元件上：

• 圆盘孔转到光路上时，光透过，光敏元件受光，输出高电平（或低电平，取决于电路接法）；
• 圆盘实体部分挡住光路时，光被遮断，光敏元件无光，输出相反电平。

圆盘每转过一个孔，光路完成一次“通—断”变化，光敏元件输出一个电脉冲。因此光敏元件输出的是一串频率与转速成正比的脉冲。

反射式测速原理

反射式方案把画有黑道（或黑白相间标记）的圆盘贴在旋转体上，光源与光敏元件置于同侧：

• 光照射到白道（反光区）时，反射光被光敏元件接收，输出一个电平；
• 光照射到黑道（不反光区）时，无反射光，输出另一电平。

每转过一条黑白标记，输出一个脉冲，测量电路与对射式相同。反射式无需在轴上开孔，便于对已有旋转体做非接触改装。

转速与脉冲频率的关系

设圆盘上均匀分布 N 个孔（或 N 条反射标记），圆盘每转一周，光路通断 N 次，光敏元件输出 N 个脉冲。若测得脉冲频率为 f（单位：Hz，即每秒脉冲数），则转速

式中：

• n 为转速，单位为转每秒（r/s）；
• f 为光敏元件输出脉冲的频率，单位为赫兹（Hz）；
• N 为圆盘每转的孔数（或反射标记数），无量纲。

若需以转每分（r/min）表示，则 n(r/min)=60f/N。

该式成立的条件是：圆盘孔（标记）沿圆周均匀分布，且每个孔都可靠地产生一个脉冲（即光路对准、光敏元件响应足够快、转速不超过光敏元件与计数电路的频率上限）。

计数与显示

脉冲经整形后送入计数器：在固定闸门时间 T 内计得脉冲数 m，则 f=m/T，再由 n=f/N 换算转速。也可直接测量脉冲周期求频率。由于脉冲数与转过的孔数一一对应，同一套信号还可兼作转角计数与转数累计。

关键器件特性对测速的影响

• 光敏元件的光照特性与频率特性决定可测转速上限：光敏电阻时间常数较大、频率特性较差，不适合高速测量；光敏二极管、光敏晶体管响应较快，适合较高转速。
• 光敏管的伏安特性表明其需在合适偏置电压下工作（光敏晶体管需发射结正偏、集电结反偏），否则输出脉冲幅度不足。
• 光源稳定性主要影响脉冲幅度；只有在每个孔（标记）都可靠越过整形门限、无丢脉冲与多脉冲时，脉冲频率才不受光源波动影响。光源强度波动可能使门限时刻变化，导致漏计或误计，因此频率法测速对光源强度波动的抗扰能力以整形电路可靠触发为前提，不能无条件认为频率不受影响。

适用范围与限制

• 属于非接触式测量，寿命长、可靠性高，适合旋转轴的连续监测。
• 分辨率由每转孔数 N 决定：N 越大，单位转速对应的脉冲数越多，测速分辨力越高，但受圆盘加工与光路对准限制。
• 低速时脉冲频率低，需较长闸门时间才能保证计数精度；高速时受光敏元件与计数电路响应速度限制。
• 反射式方案受被测表面反射率、污染和间隙变化影响，脉冲幅度可能波动，需整形电路处理。