专利名称：一种小型电机的测速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种小型电机的测速装置。
背景技术：
有刷直流电机价格低廉，控制和调速简单，应用广泛。而转速又是有刷直流电机的一项重要指标，其单位为转/分。在许多的应用场合，都需要对电机的转速进行精确的测量，现有的有刷直流电机的测速装置有编码器、测速发电机、光电码盘、激光多普勒测速等等，但这些测速方法的缺点是装置成本非常高，几乎与电机的价格相当；并且这些装置需要与电机一起进行安装，为了将速度信号传递给中央微处理器处理，必须采取一些相应的技术措施来增加传输的可靠性，即占用空间又不便安装。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种不需要采用现有技术中的测速装置、能节省空间、安装方便、测量精度高的小型电机的测速装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为该电机换向纹波信号采样电路，与电机信号输出端相连，用于采集电机换向纹波信号，并将该换向纹波信号转换成电压信号；信号滤波放大电路，其信号输入端与所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端相连，用于滤除电机换向纹波信号中不包含电机转速信息的直流分量，并将滤除不包含电机转速信息的直流分量后的电机换向纹波信号进行放大；波形整形电路，其信号输入端与所述信号滤波放大电路的信号输出端相连，用于将经过所述信号滤波放大电路处理后的电机换向纹波信号转换成能被微处理器识别的方波信号；整形方波放大电路，其信号输入端与所述波形整形电路的信号输出端相连，用于将经过所述波形整形电路处理后得到的方波信号进行放大以便能让微处理器更好的识别。对于有刷直流电机而言，其必备组成部分之一的就是换向器，当电机转动时，电机转子都通过换向器获得合适方向的电流，以保证电机的连续转动，而每一次换向，电机转子中的电流都会经过一个减小、零、反向增大的过程，而电机转子有一定的感性特性，在换向的瞬间或者是电刷触碰在两个相邻换向片之间时，换向器两端会有较高电压产生，这个电压反映在电机电流上会出现一个小的波动，这种波动产生的纹波叫做换向纹波，而有刷直流电机每次换向都会有这种纹波出现，电机两端的换向纹波信号其波形为幅值50mv规则的M型波；而电机的转速直接与此波形的频率成正比关系，所以，我们可以通过测换向纹波来测定电机的转速，因此采用本实用新型的方案进行小型电机的测速是可行的。作为改进，所述信号滤波放大电路可以通过如下方式实现其包括一滤波电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、震荡电容和一运算放大器，其中所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端通过所述滤波电容后与第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端与运算放大器的反相输入端相连，所述第二电阻和所述震荡电容串联后组成RC电路后一端接地、另一端与所述运算放大器的同相输入端相连，所述第三电阻的两端分别连接在所述运算放大器的反相输入端与输出端，所述运算放大器的输出端即为所述信号滤波放大电路的信号输出端。所述信号滤波放大电路还可以通过另外一个方案实现其包括一滤波电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、第三电容和一运算放大器，其中所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端通过所述滤波电容后与第四电阻的第一端相连，所述第四电阻的第二端与运算放大器的反相输入端相连，所述第五电阻的第一端连接-5V稳压电源，所述第五电阻的第二端与所述运算放大器的同相输入端相连；所述第六电阻、第二电容、第三电容的第一端均接地，所述第六电阻、第二电容、第三电容的第二端均与所述运算放大器的同相输入端相连；所述第七电阻的两端分别连接在所述运算放大器的反相输入端与输出端，所述运算放大器的输出端即为所述信号滤波放大电路的信号输出端。所述电机换向纹波信号采样电路包括一采样电阻，该采样电阻的第一端与电机信号输出端相连，该采样电阻的第二端接地，并且所述采样电阻的第一端即为该电机换向纹波信号采样电路的信号输出端。所述波形整形电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和一运算放大器，其中所述信号滤波放大电路的信号输出端与所述运算放大器的反相输入端相连，所述第八电阻的第一端与+5V稳压电压相连，所述第八电阻的第二端与所述第十电阻的第一端相连，所述第十电阻的第二端与所述运算放大器的同相输入端相连；第九电阻的第一端接地，第九电阻的第二端与所述第十电阻的第一端相连；第十一电阻的第一端与所述运算放大器的输出端相连，所述第十二电阻的两端分别连接在运算放大器的同相输入端与第十一电阻的第二端上，所述第十二电阻的第二端即为所述波形整形电路的信号输出端。所述整形方波放大电路包括第十三电阻、第十四电阻和一三极管，其中所述波形整形电路的信号输出端通过第十三电阻与所述三极管的基极相连，所述三极管的集电极连接第十四电阻后连接+5V稳压电源，三极管的发射极接地。与现有技术相比，本实用新型的优点在于本实用新型的测速装置完全不需要现有技术中的测速传感器或其他测速装置，而是直接通过采样电机换向时的纹波信号来测出电机的转速，这样成本就大大降低了，而且具有节省空间、安装方便、测量精度高等优点。

图1为本实用新型实施例小型电机的测速装置的电路结构框图；图2为本实用新型实施例中电机换向纹波信号采样电路的电路结构图；图3为本实用新型实施例中信号滤波放大电路方案一的电路结构图；图4为本实用新型实施例中信号滤波放大电路方案二的电路结构图；图5为本实用新型实施例中波形整形电路的电路结构图；图6为本实用新型实施例中整形方波放大电路的电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。[0022]如图1所示的小型电机的测速装置，其包括电机换向纹波信号采样电路1，与电机信号输出端相连，用于采集电机换向纹波信号，并将该换向纹波信号转换成电压信号；信号滤波放大电路2，其信号输入端与所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端相连，用于滤除电机换向纹波信号中不包含电机转速信息的直流分量，并将滤除不包含电机转速信息的直流分量后的电机换向纹波信号进行放大；波形整形电路3，其信号输入端与所述信号滤波放大电路的信号输出端相连，用于将经过所述信号滤波放大电路处理后的电机换向纹波信号转换成能被微处理器识别的方波信号；整形方波放大电路4，其信号输入端与所述波形整形电路的信号输出端相连，用于将经过所述波形整形电路处理后得到的方波信号进行放大以便能让微处理器更好的识别。由于电机换向时出现的纹波信号是叠加在电机的输出电流上的，而中央微处理器只能识别电压信号，所以，本实施例中，电机换向纹波信号采样电路1通过一个0. 01ohm/5ff 的采样电阻R将电流信号转换成电压信号，该采样电阻R的第一端与电机信号输出端相连， 该采样电阻R的第二端接地，并且所述采样电阻R的第一端即为该电机换向纹波信号采样电路的信号输出端，此转换电压信号从图2中的signal端取出，然后送入后续放大电路进行放大处理。由电机换向纹波信号采样电路1转换输出的换向纹波信号中叠加有很多不包含电机转速信息的直流信号，这些叠加的直流分量必须在对纹波信号进行放大之前将其滤除，不然势必会影响到测量的准确性，而要滤除这些直流分量，本实施例方案一中的电路采用一个104无极性滤波电容，参见图3中Cl，因为电容具有隔直通交的特性，而换向纹波信号又是M型交变信号，所以，通过Cl后换向纹波信号就被很好的保留下来，而不需要的直流信号就被电容滤除了，换向纹波是一个毫伏级的微弱信号，其幅值大约为50mv左右，此信号如不进行放大，微处理器是无法识别的；为了使信号能被微处理器识别，我们必须设计一种小信号放大电路对微弱信号进行放大，因此本实施例方案一中，信号滤波放大电路包括一滤波电容Cl、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、震荡电容C2和一型号为LM358的运算放大器U3A，其中所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端通过所述滤波电容Cl后与第一电阻Rl的第一端相连，所述第一电阻Rl的第二端与运算放大器U3A的反相输入端相连，所述第二电阻R2和所述震荡电容C2串联后组成RC电路后一端接地、另一端与所述运算放大器U3A的同相输入端相连，所述第三电阻R3的两端分别连接在所述运算放大器U3A的反相输入端与输出端，所述运算放大器U3A的输出端即为所述信号滤波放大电路的信号输出端。在运算放大器U3A处于理想运行状态下， 在运放的输出端就会输出放大后的交变信号，其放大系数为图3中、第三电阻R3与第一电阻Rl的比值。图4给出了信号滤波放大电路方案二的电路，其包括一滤波电容Cl、第四电阻R4、 第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二电容C2、第三电容C3和一型号为LM358的运算放大器U1A，其中所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端通过所述滤波电容Cl后与第四电阻R4的第一端相连，所述第四电阻R4的第二端与运算放大器UlA的反相输入端相连，所述第五电阻R5的第一端连接-5V稳压电源，所述第五电阻R5的第二端与所述运算放大器U3A的同相输入端相连；所述第六电阻R6、第二电容C2、第三电容C3的第一端均接地，所述第六电阻R6、第二电容C2、第三电容C3的第二端均与所述运算放大器U3A的同相输入端相连；所述第七电阻R7的两端分别连接在所述运算放大器U3A的反相输入端与输出端，所述运算放大器UlA的输出端即为所述信号滤波放大电路的信号输出端。换向纹波信号通过第四电阻R4作用于运算放大器UlA的反相输入端，所以，运算放大器UlA输出电压 signal」与输入电压相位相反，第七电阻R7跨接在集成运放的输出端和反相输入端，引入电压并联负反馈；其放大电压与输入电压关系如下公式所示U。= (-R7/R4)Ui，其中U。为放大后输出电压、-R7/R4为放大系数、Ui为输入电压；由于换向纹波信号由运算放大器UlA的反相端输入而其相位又为正，导致输出信号电压必定为负压，而本电路又不提供负电压，为了解决电路出现负电压的问题，我们在运放的同相端输入进行了一定的改进，从原来同相端接地转换成接2. 5V基准电压，这样就将2. 5V作为此放大电路的参考地，简称虚地，通过抬高虚地，很好的解决了电路输出负压的问题。由于信号滤波放大电路放大后的波形还是为交变的M型波，此波形是不能被微处理器识别的，所以，我们必须设计一个波形整形电路，将此波形转换成与其频率相同的方波，这样就解决了微处理器无法识别的问题。本实施例中的波形整形电路包括第八电阻R8、 第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和一运算放大器U1B，其中所述信号滤波放大电路的信号输出端与所述运算放大器(UlB)的反相输入端相连，所述第八电阻R8的第一端与+5V稳压电压相连，所述第八电阻R8的第二端与所述第十电阻RlO的第一端相连，所述第十电阻(RlO)的第二端与所述运算放大器UlB的同相输入端相连；第九电阻R9的第一端接地，第九电阻R9的第二端与所述第十电阻RlO的第一端相连；第十一电阻Rll的第一端与所述运算放大器UlB的输出端相连，所述第十二电阻R12的两端分别连接在运算放大器UlB的同相输入端与第十一电阻Rll的第二端上，所述第十二电阻R12的第二端即为所述波形整形电路的信号输出端。由于前级的波形整形电路整形出来的方波由于受到运放自身因素的影响，方波的高电平电压只有3. 8V，而不是标准的5V电压，为了让微处理器更好的识别，本实施例中就设计了整形方波放大电路。该整形方波放大电路包括第十三电阻R13、第十四电阻R14和一三极管Q1，其中所述波形整形电路的信号输出端通过第十三电阻R13与所述三极管Ql的基极相连，所述三极管Ql的集电极连接第十四电阻R14后连接+5V稳压电源，三极管Ql的发射极接地。其原理主要是借助一个9013 (NPN)的三极管构成开关电路，参见图6所示，当 signal_2端输入低电平时，三极管Ql截至，此时，signal_o端输出5V高电平，反之，三极管导通，则输出OV低电平，通过此电路输出的波形就是非常规则的OV或5V的方波。所述三极管Ql的集电极即为所述整形方波放大电路的信号输出端，与外接的微处理相连，这里的微处理器可以为电机的中央处理器。
权利要求1.一种小型电机的测速装置，其特征在于包括电机换向纹波信号采样电路(1)，与电机信号输出端相连，用于采集电机换向纹波信号，并将该换向纹波信号转换成电压信号；信号滤波放大电路O)，其信号输入端与所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端相连，用于滤除电机换向纹波信号中不包含电机转速信息的直流分量，并将滤除不包含电机转速信息的直流分量后的电机换向纹波信号进行放大；波形整形电路(3)，其信号输入端与所述信号滤波放大电路的信号输出端相连，用于将经过所述信号滤波放大电路处理后的电机换向纹波信号转换成能被微处理器识别的方波信号；整形方波放大电路，其信号输入端与所述波形整形电路的信号输出端相连，用于将经过所述波形整形电路处理后得到的方波信号进行放大以便能让微处理器更好的识别。
2.根据权利要求1所述的小型电机的测速装置，其特征在于所述信号滤波放大电路包括一滤波电容(Cl)、第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、震荡电容(C2)和一运算放大器(U3A)，其中所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端通过所述滤波电容 (Cl)后与第一电阻(Rl)的第一端相连，所述第一电阻(Rl)的第二端与运算放大器(U3A) 的反相输入端相连，所述第二电阻(似)和所述震荡电容(以)串联后组成RC电路后一端接地、另一端与所述运算放大器(U3A)的同相输入端相连，所述第三电阻0 )的两端分别连接在所述运算放大器(U3A)的反相输入端与输出端，所述运算放大器(U3A)的输出端即为所述信号滤波放大电路的信号输出端。
3.根据权利要求1所述的小型电机的测速装置，其特征在于所述信号滤波放大电路包括一滤波电容(Cl)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第二电容(C2)、第三电容(O)和一运算放大器(UlA)，其中所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端通过所述滤波电容(Cl)后与第四电阻(R4)的第一端相连，所述第四电阻(R4) 的第二端与运算放大器(UlA)的反相输入端相连，所述第五电阻(肪)的第一端连接-5V稳压电源，所述第五电阻(R5)的第二端与所述运算放大器(U3A)的同相输入端相连；所述第六电阻(R6)、第二电容(C2)、第三电容(O)的第一端均接地，所述第六电阻(R6)、第二电容 (C2)、第三电容(C3)的第二端均与所述运算放大器(U3A)的同相输入端相连；所述第七电阻(R7)的两端分别连接在所述运算放大器(U3A)的反相输入端与输出端，所述运算放大器 (UlA)的输出端即为所述信号滤波放大电路的信号输出端。
4.根据权利要求1所述的小型电机的测速装置，其特征在于所述电机换向纹波信号采样电路包括一采样电阻(R)，该采样电阻(R)的第一端与电机信号输出端相连，该采样电阻(R)的第二端接地，并且所述采样电阻(R)的第一端即为该电机换向纹波信号采样电路的信号输出端。
5.根据权利要求1所述的小型电机的测速装置，其特征在于所述波形整形电路包括第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(RlO)、第十一电阻(Rll)、第十二电阻(R12)和一运算放大器(UlB)，其中所述信号滤波放大电路的信号输出端与所述运算放大器(UlB)的反相输入端相连，所述第八电阻(R8)的第一端与+5V稳压电压相连，所述第八电阻(R8)的第二端与所述第十电阻(RlO)的第一端相连，所述第十电阻(RlO)的第二端与所述运算放大器(UlB)的同相输入端相连；第九电阻(R9)的第一端接地，第九电阻(R9)的第二端与所述第十电阻(RlO)的第一端相连；第十一电阻(Rll)的第一端与所述运算放大器(UlB)的输出端相连，所述第十二电阻(R12)的两端分别连接在运算放大器(UlB)的同相输入端与第十一电阻(Rll)的第二端上，所述第十二电阻(R12)的第二端即为所述波形整形电路的信号输出端。
6.根据权利要求1所述的小型电机的测速装置，其特征在于所述整形方波放大电路包括第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)和一三极管(Ql)，其中所述波形整形电路的信号输出端通过第十三电阻(RU)与所述三极管Oil)的基极相连，所述三极管Oil)的集电极连接第十四电阻(R14)后连接+5V稳压电源，三极管Oil)的发射极接地，所述三极管Oil) 的集电极即为所述整形方波放大电路的信号输出端。
专利摘要本实用新型涉及小型电机的测速装置，其特征在于包括与电机信号输出端相连的电机换向纹波信号采样电路(1)，信号输入端与所述电机换向纹波信号采样电路的信号输出端相连的信号滤波放大电路(2)，信号输入端与所述信号滤波放大电路的信号输出端相连的波形整形电路(3)和信号输入端与所述波形整形电路的信号输出端相连的整形方波放大电路(4)。与现有技术相比，本实用新型的优点在于本实用新型的测速装置完全不需要现有技术中的测速传感器或其他测速装置，而是直接通过采样电机换向时的纹波信号来测出电机的转速，这样成本就大大降低了，而且具有节省空间、安装方便、测量精度高等优点。
文档编号G01P3/48GK201965144SQ20102067759
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者吴高鸿, 汤维峰 申请人:宁波信泰机械有限公司