Оптичекский тахометр — измеритель скорости вращения

Приставка к осциллографу или частотмеру

Недавно мне пришел с Алиэкспресс из Китая маленький станок с ЧПУ, который я использую в своей мастерской — лаборатории для изготовления печатных плат методом фрезерования (или, скорее, гравировки). Станок очень простой и дешевый, фактически — набор — конструктор для самостоятельной его сборки. Возникла у меня необхдимость измерить реальную скорость вращения его шпинделя, чтобы как-то привести в соответствие значения в управляющей программе GrblControl (и соответственно, напряжения, которое подается на клемы двигателя) с реальной скоростью вращения шпинделя.

Ссылка на станок

Для измерения скорости шпинделя было решено собрать простой оптический тахометр — приставку к осциллографу или частотмеру.
Можно было конечно собрать эту схему на макетной плате в виде одноразовой конструкции чтобы замерить скорость шпинделя, но я подумал, что такое устройство бедт возможно полезно и в будущем.

Тахометр в сборе

Поэтому было принято решение оформить эту простую конструкцию в виде законченного устройства в нормальном корпусе.

Корпус для этого измерителя скорости вращения был разработан в программе SolidWorks и напечатан на моем 3D принтере. Все детали корпуса в формате STL вы сможете скачать по ссылкам в конце статьи.

Устройство представляет собой триггер Шмидта, собранный на распространенном интегральном компараторе — микросхеме LM311. В качестве фотоприемника использован фотодиод российского происхождения типа ФД263-01. Фотодиод можно купить в магазине чип и дип, или заменить любым китайским.

Кроме фотодиода в схеме есть светодиод подсветки (использован сверх-яркий светодиод зеленого цвета). Светодиод закреплен напротив фотодиода. На шпиндель двигателя, скорость вращения которого необходимо измерить, закрепляется диск с прорезями. При вращении диска световой поток периодически перекрывается с определенной частотой, которая зависит от скорости вращения двигателя. На выходе схемы формируются прямоугольные импульсы, которые мы подаем на вход осциллографа или частотомера (можно использовать мультиметр с функцией измерения частоты). За один оборот диска формируется 6 импульсов. Соответственно, для того чтобы узнать скорость вращения шпинделя, нужно показания частотомера умножить на 10. Например, если частотомер показал частоту 500 герц, то значит скорость вращения шпинделя двигателя равно 5000 оборотов в минуту. Диск с прорезями распечатан на 3D принтере и закреплен на стандартной «дремелевской» оправке с диаметром хвостовика 3.175 мм (1/8 дюйма)

Принципиальная схема измерителя скорости вращения

Компаратор ,в общем случае, — это операционный усилитель с очень большим коэффициентом усиления,, включенный без отрицательной обратной связи. Поднобно прочитать о том, как работает и используется компаратор вы можете в соответствующей статье на этом сайте.

Компаратор сравнивает напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами. Есди на один из входов подать опорное напряжение, а на второй отслеживаемый сигнал, то в момент равенства напряжений на входах компаратора его выход изменит свое состояние на противоположное.

Фотодиод и светодиод подсветки на схеме не показаны. Они подключаются к соответствующим контактам платы и закреплены на специальных креплениях вне печатной платы. В данной схеме фотодиод включен между инвертирующим и неинвертирующим входами компаратора. Анод фотодиода подключается к контакту FD-A печатной платы, а катод — к контакту FD-K.

Светодиод подсветки подключен анодом к контакту LED-A, а его катод — к общему проводу, которым является минусовой провод источника питания — контакт -12V печатной платы. Светодиод подсветки запитан через резистор R4 сопротивлением 240 Ом.

Еще один светодиод LED1 показывает текущее состояние компаратора. Он служит для удобства использования измерителем, позволяя предварительно настроить порог срабатывания так, чтобы фотодиод не реагировал на освещение в помещении. При освещении фотодиода светодиодом подсветки. Светодиод LED1 должен погаснуть, а при перекрытии потока света от светодиода подсветки, LED1 должен светиться. Регулировка порога срабатывания (чувствительности) осуществляется подстроечным резистором R2 сопротивлением 50 килоом. В крышке устройства предусмотрено отверстие, через которое можно регулировать чувствительность с помощью тонкой отвертки.

Печатная плата устройства разработана в программа DipTrace и изготовлена методом фрезеровки на станке с ЧПУ CNC1610. Файлы печатной платы можно скачать по ссылке в конце статьи.

Печатная плата измерителя скорости вращения

Печатная плата измерителя, изготовленная на станке с ЧПУ

Питание устройства осуществляется от любого сетевого адаптера (выпрямителя) с выходным напряжением 9 — 14 вольт через встроенный стабилизатор напряжения 5V, собранный на микросхеме 78L05.

Для подключения к осциллографу или частотомеру используются два провода с зажимами типа «крокодил». Провод с «крокодилом» красного цвета соединяем с контактом OUT печатной платы, а провод с зажимом черного цвета соединяем с контактом -12V.

Питание устройства осуществляется от любого сетевого адаптера (выпрямителя) с выходным напряжением 9 — 14 вольт через встроенный стабилизатор напряжения 5V, собранный на микросхеме 78L05.

Для подключения к осциллографу или частотомеру используются два провода с зажимами типа «крокодил». Провод с «крокодилом» красного цвета соединяем с контактом OUT печатной платы, а провод с зажимом черного цвета соединяем с контактом -12V.

Стандартный разъем питания (под адаптер) соединяем с контактами платы +12V (центральный контакт разъема) и -12V (боковой контакт разъема)

При работе с устройством подключаем его выходные провода ко входу частотомера или осциллографа, подключаем адаптер питания. Должен засветиться светодиод подсветки. Контрольный светодиод LED1 должен покаснуть. Перекроем поток света от светодиода подсветки. LED1 должен погаснуть. Если это не так, то поворачивая движок R2 добиваемся правильной работы схемы.

Закрепляем диск на шпинделе проверяемого двигателя и включаем его. Подносим наше устройство к вращающемуся диску таким образом, чтобы диск был меду фотодиодом и светодиодом подсветки. Частотомер или осциллограф покажет какое-то значение частоты. Умножив это значение на 10 получим скорость вращения шпинделя в оборотах в минуту.

Измерение скорости вращения

Компоненты корпуса устройства

Скачать архив с файлами проекта…

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *