【文章內(nèi)容簡介】 光電流 I1和 I2。 圖 PSD結(jié)構(gòu)圖 顯然， I0=I1+I2，而 I I2的大小取決于入射光點(diǎn)的位置到兩個(gè)信號(hào)電極間的等效電阻與電極負(fù)載電阻 RL之和，當(dāng) RL遠(yuǎn)小于等效電阻時(shí)， I I2與等效電阻成反比 ,因此也與入射光點(diǎn)到兩個(gè)信號(hào)電極的距離成反比，則有 xxLII ??21由于 I0=I1+I2聯(lián)立，可得 由上兩式可知，只要檢測出兩個(gè)信號(hào)電極的電流，即可確定入射光點(diǎn)的位置。 LxLII ??01LxII02 ?2. 一維 PSD在檢測距離中的應(yīng)用 用一維 PSD檢測距離時(shí)可利用三角測距的原理，如圖 ，設(shè)測距范圍為L1(mm)到 L2(mm)，投光透鏡與聚光透鏡的光軸間距離為 B(mm) ，聚光透鏡與 PSD受光面間距離為 f(mm)，則有 11 LBfx ?22 LBfx ?圖 PSD測距原理圖 結(jié)合 I2的表達(dá)式可得 因此，只要測量出 I0與 I2的比值即可測得距離 Lx，據(jù)此可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的測量電路，實(shí)際電路見圖 。 PSD的反向偏置電壓由兩個(gè) 2k的電阻組成的 1/2分壓器組成，反向偏置電壓為 。 20IILBfLx ?圖 PSD測距實(shí)際電路 電極電流 I I2分別經(jīng) 2MΩ的反饋回路電阻轉(zhuǎn)換成電壓 V1和 V2， V1直接接至差分放大器的同相輸入端， V2經(jīng)反相后接至差分放大器的反相輸入端，差分放大器實(shí)現(xiàn)了兩路信號(hào)的相加 由電流 I2轉(zhuǎn)換而得的電壓 V2經(jīng)兩次反相后得到 Vo1，其值為 2M ΩM Ω2)( 021o2 ??????? IIIVM Ω22o1 ??? KIV式中 K是由 A5構(gòu)成的反相放大器的閉環(huán)增益。 兩路信號(hào)經(jīng)采樣 /保持器采樣后接至除法器，除法器由集成乘法器 AD534構(gòu)成，輸出電壓為 將 Lx的表達(dá)式代入得 )mV(1 0 0 0 0)mV(1 0 0 0 020o1o2oKIIVVV ??)mV(10000o xLK Bf LV ?式中 B、 L、 f為已知量，分別是 B=50mm，L=2mm， f=12mm。故 只要使 K=，調(diào)節(jié)圖中的電位器 RP1和 RP2即可實(shí)現(xiàn)K=， RP1用于調(diào)節(jié)測量距離的下限，RP2用于調(diào)節(jié)測量距離的上限，這樣圖示電路便實(shí)現(xiàn)了距離的測量。 )mV( xLKV ? 紅外 LED發(fā)光控制電路的工作原理是：經(jīng)電極電流轉(zhuǎn)換得到的 Vo2加至電壓比較器A6的同相比較端，比較器的反相端接一比較電平，電平值應(yīng)保證 V–V+使 A6輸出高電平，其值與 –I0 2MΩ有關(guān)，應(yīng)根據(jù) PSD的指標(biāo)及I/V電路參數(shù)確定。 定時(shí)脈沖控制 T3和 T4的通斷，當(dāng)脈沖為低電平時(shí) T3截止， A6輸出的高電平先使 T2導(dǎo)通 ,進(jìn)而使 T1導(dǎo)通，紅外 LED獲得電流發(fā)光，PSD即產(chǎn)生電極電流。 與此同時(shí)， T4也截止， LF398的采樣 /保持控制端為高電平， S/H處于采樣狀態(tài)，采樣與電極電流成比例的電壓信號(hào)，并輸出至后續(xù)除法電路輸出距離信號(hào)。當(dāng)脈沖為高電平時(shí) T3導(dǎo)通，短路了 A6輸出的高電平，使 T2截止，進(jìn)而使 T1截止，紅外 LED無法獲得電流而發(fā)光， PSD不產(chǎn)生電極電流。與此同時(shí)，T4也導(dǎo)通， LF398的采樣 /保持控制端為低電平， S/H處于保持狀態(tài)，后續(xù)除法電路輸出原先的距離信號(hào)，以保持輸出的連續(xù)性。 超聲傳感器測距應(yīng)用電路 超聲波測距的原理是檢測超聲波發(fā)送時(shí)刻與接收時(shí)刻之間的時(shí)間差，再依據(jù)超聲波的傳播速度得到距離。圖 波測距電路的例子。 檢測電路由超聲發(fā)射電路和超聲接收電路兩部分組成。電路的上半部分為超聲發(fā)射電路， 下半部分為超聲接收電路。 圖 振蕩器由 555電路組成，輸出受引腳 4電平控制，為高時(shí)振蕩器振蕩，為低時(shí)停振，其輸出頻率為 調(diào)整 RP1可使振蕩頻率為 40kHz。該振蕩信號(hào)經(jīng)功率晶體管 T1驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器 T放大后驅(qū)動(dòng)超聲發(fā)射器發(fā)出超聲波。調(diào)整RP1可使振蕩頻率為 40kHz。 121o )R P 1(2CRRf ??? 振蕩器的復(fù)位信號(hào)由雙穩(wěn)電路控制，雙穩(wěn)電路的 R、 S端分別受六分頻器的輸出及低頻脈沖發(fā)生器的輸出控制。低頻脈沖發(fā)生器是在典型的阻容式振蕩電路的基礎(chǔ)上加了一個(gè)電阻 R4和二極管 D1構(gòu)成 ,它們使電路處于高電平的時(shí)間縮短，因此其輸出是一系列短促的窄正脈沖，其振蕩頻率是 123?? CRf 六分頻器由 CD4017構(gòu)成，其時(shí)鐘輸入端接 555電路的輸出，即時(shí)鐘頻率為 40kHz，復(fù)位端 R與 Q5輸出端短路 ,并作為分頻器的輸出及雙穩(wěn)電路的 R輸入。 在 R=―0‖時(shí)， CD4017在時(shí)鐘脈沖的作用下 Q0～ Q9依次輸出高電平，當(dāng) R=―1‖時(shí)全部輸出清零。這里當(dāng) Q5=―1‖時(shí) R=―1‖，下一個(gè)時(shí)鐘到來時(shí)輸出又從 Q0開始依次輸出“ 1‖，因此每輸入 6個(gè)時(shí)鐘脈沖， Q5端輸出一個(gè)高電平，實(shí)現(xiàn)了 6分頻。 這樣雙穩(wěn)電路的 R輸入脈沖頻率 的脈沖波， S輸入是 9Hz的窄脈沖波， S脈沖使雙穩(wěn)電路置位輸出“ 1‖,R脈沖使雙穩(wěn)電路復(fù)位輸出“ 0‖。 當(dāng)雙穩(wěn)電路置位后， 555輸出的第 6個(gè)脈沖復(fù)位雙穩(wěn)電路，使 555振蕩，直到下一個(gè)置位脈沖到來后再輸出 5個(gè)脈沖。由于置位脈沖頻率遠(yuǎn)低于復(fù)位脈沖頻率，因此 555振蕩器間歇性地輸出 40kHz的脈沖波，每組 5個(gè)脈沖，脈沖經(jīng)脈沖變壓器放大提升功率后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器工作。 超聲接收電路由交流放大器，比較器、6分頻電路 ,以及時(shí)間間隔與脈沖寬度轉(zhuǎn)換電路組成。 交流放大器為兩極反相交流放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成總增益為 80dB，將微弱的接收信號(hào)放大 10000倍輸出給電壓比較器進(jìn)行脈沖整形， 將脈沖波整形成 CMOS電平的 40kHz的超聲波接收脈沖，該脈沖波輸入給 6分頻器分頻，作為時(shí)間間隔與脈沖寬度轉(zhuǎn)換電路RS雙穩(wěn)電路的復(fù)位信號(hào)。 RS雙穩(wěn)電路的置位信號(hào)來自發(fā)射電路的6分頻器輸出，發(fā)射電路每發(fā)出 5個(gè)脈沖串的最后一個(gè)脈沖后將其置位。 接收電路每接收 5個(gè)脈沖串的最后一個(gè)脈沖后將其復(fù)位，由此 Vo是脈沖波，其高電平寬度等于發(fā)射波與接收波傳輸?shù)臅r(shí)間間隔。 因此本電路實(shí)現(xiàn)了超聲波傳輸時(shí)間至脈沖寬度的轉(zhuǎn)換，只要測量電路的輸出脈沖寬度就測量得到了超聲波從發(fā)射到接收的傳輸時(shí)間。 脈沖寬度的測量采用在脈沖高電平的時(shí)間內(nèi)用已知頻率的時(shí)鐘計(jì)數(shù)的方式即可實(shí)現(xiàn)，其原理框圖見圖 。 圖 脈沖寬度測量原理框圖 設(shè)時(shí)鐘頻率為 fck，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為 Nx，則所測量的時(shí)間間隔為 若超聲波的傳輸介質(zhì)是空氣，溫度為常溫，則所測量的距離為 ckfNT x??ck340 fNTvS x??? 轉(zhuǎn)速、流量測量電路 1. 轉(zhuǎn)速的測量 機(jī)械轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)、安全提供了重要數(shù)據(jù)，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、離心壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，都需要進(jìn)行精確測量。 測量轉(zhuǎn)速行之有效的方法是用測試轉(zhuǎn)盤法或光電轉(zhuǎn)換法。 測試轉(zhuǎn)盤法是將有 60個(gè)齒的鐵磁圓盤固定在被測轉(zhuǎn)軸上，磁電式傳感器（或渦流傳感器、霍爾傳感器等）固定在測盤的外緣，當(dāng)鐵磁圓盤跟隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢的峰波，通過測量感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率就可以測量轉(zhuǎn)速。 光電轉(zhuǎn)換法是在轉(zhuǎn)軸上面畫 60個(gè)白條或在轉(zhuǎn)軸的測盤上由圓心畫出 60條白色的半徑，將光源發(fā)出的光照射到條紋上，用光敏元件接收由條紋反射的反射光并轉(zhuǎn)換電脈沖，通過測量電脈沖的頻率就可以測量轉(zhuǎn)速。 圖 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器示意圖 測量系統(tǒng)由磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、前置放大整形電路、頻率測量電路組成。傳感器是由安裝在機(jī)軸上的 60個(gè)齒的齒輪和安放在齒緣的鐵心線圈組成，鐵心由永磁材料制成。 鐵心線圈的永久磁體應(yīng)盡量與齒輪靠近。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)靠近永久磁體的齒被磁化，使固定的線圈相對(duì)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與永久磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈的