计数法转速检测

基本思想

计数法转速检测属于数字式测速方法：把被测轴的旋转运动经光电或电磁转换变成一串电脉冲，每个脉冲对应转过一个固定的角位移增量，再对脉冲频率计数，由频率换算出转速。它测量的是单位时间内的脉冲个数，因此本质上测的是平均转速，平均区间为计数闸门时间。

每转脉冲数与角位移分辨率

设旋转体每转一周产生 $Z$ 个脉冲，则一个脉冲对应的转角为

$Z$ 称为每转脉冲数，对齿圈式电磁转换器就是齿数，对开孔圆盘式光电转换器就是孔数。$Z$ 越大，单个脉冲代表的转角越小，角位移分辨率越高。

脉冲频率与转速的关系

若脉冲频率为 $f$（单位 Hz，即每秒脉冲数），则每秒转过的圈数为 $f\mathrm{/}Z$，换算成每分钟转速为

式中 $n$ 为转速（r/min），$f$ 为输出脉冲频率（Hz），$Z$ 为每转脉冲数（无量纲）。该式是计数法测速的核心关系：转速与脉冲频率成正比，比例系数为 $60\mathrm{/}Z$。

光电式旋转脉冲计数

直射式光电转速传感器由光源、开孔圆盘、缝隙板和光敏元件组成，开孔圆盘的输入轴与被测轴连接。光源发出的光经缝隙板与圆盘上的孔照射到光敏元件，圆盘随轴转动时孔周期性通光，光敏元件输出周期性电脉冲。设圆盘开孔数为 $N$，则每转产生 $N$ 个脉冲，转速为

这里 $n$ 为转速（r/s），$f$ 为脉冲频率（Hz），$N$ 为圆盘孔数。若要用 r/min 表示，则写成 $n=60f\mathrm{/}N$。可见光电式与电磁式的关系式形式一致，只是每转脉冲数的来源不同（孔数或齿数）。

电磁转换式旋转脉冲计数

开关霍尔传感器配合旋转齿圈是典型的电磁转换方式：传感器探头对准齿圈，齿圈随车轮转动时，齿的通过使磁场发生周期性变化，开关霍尔器件输出随齿圈旋转频率变化的方波脉冲。设齿圈齿数为 $Z$，输出脉冲频率为 $f$，则转速为

式中符号含义同上。齿数 $Z$ 由齿圈结构决定，是已知常数。

适用条件与误差来源

上述关系式成立的前提是：每个脉冲严格对应转过 $1\mathrm{/}Z$ 转的固定角位移，即齿或孔的分布均匀、无丢脉冲与多脉冲。实际测量中，转速由闸门时间内的脉冲计数得到，因此转速越低、闸门时间越短，一个计数周期内的脉冲数越少，量化误差（±1 个脉冲）带来的相对误差越大；提高 $Z$ 或延长闸门时间可减小该相对误差。此外，脉冲频率过高时受传感器与计数电路响应速度限制，也会引入误差。