【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的位置到兩個信號電極間的等效電阻與電極負載電阻 RL之和，當 RL遠小于等效電阻時， I I2與等效電阻成反比 ,因此也與入射光點到兩個信號電極的距離成反比，則有 xxLII ??21由于 I0=I1+I2聯(lián)立，可得 由上兩式可知，只要檢測出兩個信號電極的電流，即可確定入射光點的位置。 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)計出相應(yīng)的測量電路，實際電路見圖 。 PSD的反向偏置電壓由兩個 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，差分放大器實現(xiàn)了兩路信號的相加 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的指標及I/V電路參數(shù)確定。 定時脈沖控制 T3和 T4的通斷，當脈沖為低電平時 T3截止， A6輸出的高電平先使 T2導(dǎo)通 ,進而使 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， 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，并輸出至后續(xù)除法電路輸出距離信號。當脈沖為高電平時 T3導(dǎo)通，短路了 A6輸出的高電平，使 T2截止，進而使 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，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，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)送時刻與接收時刻之間的時間差，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，為高時振蕩器振蕩，為低時停振，其輸出頻率為 調(diào)整 RP1可使振蕩頻率為 40kHz。該振蕩信號經(jīng)功率晶體管 T1驅(qū)動脈沖變壓器 T放大后驅(qū)動超聲發(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)上加了一個電阻 R4和二極管 D1構(gòu)成 ,它們使電路處于高電平的時間縮短，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，其時鐘輸入端接 555電路的輸出，即時鐘頻率為 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， CD4017在時鐘脈沖的作用下 Q0～ Q9依次輸出高電平，當 R=―1‖時全部輸出清零。這里當 Q5=―1‖時 R=―1‖，下一個時鐘到來時輸出又從 Q0開始依次輸出“ 1‖，因此每輸入 6個時鐘脈沖， Q5端輸出一個高電平，實現(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‖。 當雙穩(wěn)電路置位后， 555輸出的第 6個脈沖復(fù)位雙穩(wěn)電路，使 555振蕩，直到下一個置位脈沖到來后再輸出 5個脈沖。由于置位脈沖頻率遠低于復(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個脈沖，脈沖經(jīng)脈沖變壓器放大提升功率后驅(qū)動超聲波發(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聯(lián)構(gòu)成總增益為 80dB，將微弱的接收信號放大 10000倍輸出給電壓比較器進行脈沖整形， 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。 RS雙穩(wěn)電路的置位信號來自發(fā)射電路的6分頻器輸出，發(fā)射電路每發(fā)出 5個脈沖串的最后一個脈沖后將其置位。 接收電路每接收 5個脈沖串的最后一個脈沖后將其復(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間間隔。 因此本電路實現(xiàn)了超聲波傳輸時間至脈沖寬度的轉(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)射到接收的傳輸時間。 脈沖寬度的測量采用在脈沖高電平的時間內(nèi)用已知頻率的時鐘計數(shù)的方式即可實現(xiàn)，其原理框圖見圖 。 圖 脈沖寬度測量原理框圖 設(shè)時鐘頻率為 fck，計數(shù)器計數(shù)值為 Nx，則所測量的時間間隔為 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 機械轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量對轉(zhuǎn)動機械的設(shè)計、安全提供了重要數(shù)據(jù)，如航空發(fā)動機、離心壓縮機、鼓風機、電動機等轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，都需要進行精確測量。 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，當鐵磁圓盤跟隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，傳感器的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，每轉(zhuǎn)過一個齒產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢的峰波，通過測量感應(yīng)電動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軸上的 60個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。當齒輪旋轉(zhuǎn)時靠近永久磁體的齒被磁化，使固定的線圈相對切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與永久磁體的磁感應(yīng)強度，線圈的