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摘要：硬支承平衡机是工程领域及高校实验室常用的一种动平衡检测与校正设备。该设计针对某典型硬支承平衡机的光电传感器，利用PROTEUS仿真软件进行电路设计的仿真分析，取代了传统电子设计反复调试的方法，缩短了设计开发周期。结果表明，利用此方法设计的光电式传感器有效。
关键词：设计 ，工程，实验室 ， 电子
Abstract: the hard supporting balance machine is engineering field and the laboratory commonly used a dynamic balance test and calibration equipment. The design of a typical hard supporting balancing machines photoelectric sensor, using the PROTEUS simulation software for the circuit design of the simulation analysis, replaced the traditional electronic design method of repeated debugging, shorten the design development cycle. The results show that by using this method designed photoelectric sensor effectively.
Keywords: design, engineering, laboratory, electronic
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量大小和位置的机器。当转子在围绕其轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。电机转子、机床主轴、内燃机曲轴、汽轮机转子、陀螺转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中，都需要经过平衡才能平稳正常地运转。根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此，平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。
硬支撑平衡机主要由机械系统、控制系统、检测系统三大部分组成。机械系统中，电机带动转子转动。控制系统的作用是控制电机的启动、停止、变速。检测系统对转子的转速和振动信号进行检测和处理，最终计算并输出修正动不平衡量的解决方案。动平衡机自动测试与校正系统的主要任务是从压电传感器和光电传感器所测得的含干扰的微弱的动不平衡信号中提取与转子旋转同频的有用信号的幅值和相位信息，同时还要考虑通过软件编程对不平衡量的计算以及转子的自动去重问题[1]。
硬件电路设计
检测系统由一个电测箱、一个光电速度传感器和两个电磁振动传感器组成。电测箱用于完成人机对话、信号接收和处理的功能。光电速度传感器检测到的速度信号、两个电磁振动传感器检测转子的两个支点的振动信号传送到电测箱中进行处理。光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。它包含调制光源，由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当El标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光轴[2]。
根据某种典型硬支撑平衡机的主要技术指标：
测速范围：30～4.8×105r/mim；输出波形：矩形脉冲波；输出幅值：高电平大于8V，低电平小于0.5V；电 源：直流10V；功率消耗<1W；工作环境：温度0～40℃ ；相对湿度≤85%；重 量：约1.3kg。
分析光电传感器的结构和原理，并对其进行了硬件电路设计和仿真分析。
在电路板上设置一对红外光电对管、一个双运放、双电压比较器芯片和其它电子元件。在传感器内部，红外光电对管是被隔开的，当转子转动时，其上的白色区域经过红外对管的前方，红外发射管发出的红外光被该白色区域反射，反射回的红外光被红外接收管接收，此时该接收管导通，信号便被后继的电路转换为一个脉冲信号并输出。
设计的主要部分电路的原理：2个运算器与3块电阻分别组成负反馈电路和负反馈电路；电压比较器从外部接收的光信号转换为电压信号，电压信号依次传递。一般情况下，红外接收管是不导通的。转子上的白色区域只有2cm*2cm大小，其随着转子的转动进入红外对管的前方时，红外接收管瞬间接通；当其离开后，红外接收管又瞬间断开。
Proteus软件的功能特点
Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最先进最完善的电路设计与仿真平台。该软件可以对模拟电路、数字电路、模／数混合电路、单片机及外围元器件进行系统仿真，并提供了简便易用的印刷电路板设计工具使用仿真软件Proteus画出它的主电路图，并对它进行了仿真，仿真效果比较理想[2]。 Proteus软件具有其它EDA工具软件(例：multisim)的功能。这些功能是： (1)原理布图； (2)PCB自动或人工布线； (3)SPICE电路仿真； 3. 基于Proteus的硬件电路仿真分析
Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最先进最完善的电路设计与仿真平台。该软件可以对模拟电路、数字电路、模／数混合电路、单片机及外围元器件进行系统仿真，并提供了简便易用的印刷电路板设计工具使用仿真软件Proteus画出它的主电路图，并对它进行了仿真，仿真效果比较理想。
4. 应用实例
将所设计电路利用芯片进行编程，给电路板接上10V电源。初步判断该电路板能够正常工作之后，将传感器装上某典型硬支承平衡机，使转子转起来，然后测试传感器的输出信号，观察到实际输出的脉冲信号与前述的仿真信号比较接近，由此可判断传感器功能正常。
对电测箱的相关参数进行了设置，启动电机使转子转动起来，电测箱将检测到的速度信号和两个振动信号进行处理，然后输出了调节转子动平衡的配重方案。至此，电测箱能够正常稳定地运行，平衡机可正常工作，说明设计的光电式传感器实用。
5. 结论
利用PROTEUS仿真软件进行光电传感器电路设计，以仿真分析手段取代了传统电子设、反复调试的方法，缩短了设计开发周期，提高了传感器设计开发效率。结论说明，利用PROTEUS软件技术结合硬件设计开发技术，所设计的光电式传感器有效。
参考文献：
[1] 張志新，贺世正．高速转子整机动平衡仪的开发与研究[J]．振动工程学报，2001(4)：383—387．
[2]吴小花．基于Proteus的电子电路设计与实现[J]．现代电子技术，2011，34(15)：174—176．
[3] 吴小花，吴先球．Proteus电路设计与仿真在教学中的实践[J]．计算机系统应用，2010，19(2)：201—204．
关键词：设计 ，工程，实验室 ， 电子
Abstract: the hard supporting balance machine is engineering field and the laboratory commonly used a dynamic balance test and calibration equipment. The design of a typical hard supporting balancing machines photoelectric sensor, using the PROTEUS simulation software for the circuit design of the simulation analysis, replaced the traditional electronic design method of repeated debugging, shorten the design development cycle. The results show that by using this method designed photoelectric sensor effectively.
Keywords: design, engineering, laboratory, electronic
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量大小和位置的机器。当转子在围绕其轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。电机转子、机床主轴、内燃机曲轴、汽轮机转子、陀螺转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中，都需要经过平衡才能平稳正常地运转。根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此，平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。
硬支撑平衡机主要由机械系统、控制系统、检测系统三大部分组成。机械系统中，电机带动转子转动。控制系统的作用是控制电机的启动、停止、变速。检测系统对转子的转速和振动信号进行检测和处理，最终计算并输出修正动不平衡量的解决方案。动平衡机自动测试与校正系统的主要任务是从压电传感器和光电传感器所测得的含干扰的微弱的动不平衡信号中提取与转子旋转同频的有用信号的幅值和相位信息，同时还要考虑通过软件编程对不平衡量的计算以及转子的自动去重问题[1]。
硬件电路设计
检测系统由一个电测箱、一个光电速度传感器和两个电磁振动传感器组成。电测箱用于完成人机对话、信号接收和处理的功能。光电速度传感器检测到的速度信号、两个电磁振动传感器检测转子的两个支点的振动信号传送到电测箱中进行处理。光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。它包含调制光源，由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当El标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光轴[2]。
根据某种典型硬支撑平衡机的主要技术指标：
测速范围：30～4.8×105r/mim；输出波形：矩形脉冲波；输出幅值：高电平大于8V，低电平小于0.5V；电 源：直流10V；功率消耗<1W；工作环境：温度0～40℃ ；相对湿度≤85%；重 量：约1.3kg。
分析光电传感器的结构和原理，并对其进行了硬件电路设计和仿真分析。
在电路板上设置一对红外光电对管、一个双运放、双电压比较器芯片和其它电子元件。在传感器内部，红外光电对管是被隔开的，当转子转动时，其上的白色区域经过红外对管的前方，红外发射管发出的红外光被该白色区域反射，反射回的红外光被红外接收管接收，此时该接收管导通，信号便被后继的电路转换为一个脉冲信号并输出。
设计的主要部分电路的原理：2个运算器与3块电阻分别组成负反馈电路和负反馈电路；电压比较器从外部接收的光信号转换为电压信号，电压信号依次传递。一般情况下，红外接收管是不导通的。转子上的白色区域只有2cm*2cm大小，其随着转子的转动进入红外对管的前方时，红外接收管瞬间接通；当其离开后，红外接收管又瞬间断开。
Proteus软件的功能特点
Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最先进最完善的电路设计与仿真平台。该软件可以对模拟电路、数字电路、模／数混合电路、单片机及外围元器件进行系统仿真，并提供了简便易用的印刷电路板设计工具使用仿真软件Proteus画出它的主电路图，并对它进行了仿真，仿真效果比较理想[2]。 Proteus软件具有其它EDA工具软件(例：multisim)的功能。这些功能是： (1)原理布图； (2)PCB自动或人工布线； (3)SPICE电路仿真； 3. 基于Proteus的硬件电路仿真分析
Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是由英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最先进最完善的电路设计与仿真平台。该软件可以对模拟电路、数字电路、模／数混合电路、单片机及外围元器件进行系统仿真，并提供了简便易用的印刷电路板设计工具使用仿真软件Proteus画出它的主电路图，并对它进行了仿真，仿真效果比较理想。
4. 应用实例
将所设计电路利用芯片进行编程，给电路板接上10V电源。初步判断该电路板能够正常工作之后，将传感器装上某典型硬支承平衡机，使转子转起来，然后测试传感器的输出信号，观察到实际输出的脉冲信号与前述的仿真信号比较接近，由此可判断传感器功能正常。
对电测箱的相关参数进行了设置，启动电机使转子转动起来，电测箱将检测到的速度信号和两个振动信号进行处理，然后输出了调节转子动平衡的配重方案。至此，电测箱能够正常稳定地运行，平衡机可正常工作，说明设计的光电式传感器实用。
5. 结论
利用PROTEUS仿真软件进行光电传感器电路设计，以仿真分析手段取代了传统电子设、反复调试的方法，缩短了设计开发周期，提高了传感器设计开发效率。结论说明，利用PROTEUS软件技术结合硬件设计开发技术，所设计的光电式传感器有效。
参考文献：
[1] 張志新，贺世正．高速转子整机动平衡仪的开发与研究[J]．振动工程学报，2001(4)：383—387．
[2]吴小花．基于Proteus的电子电路设计与实现[J]．现代电子技术，2011，34(15)：174—176．
[3] 吴小花，吴先球．Proteus电路设计与仿真在教学中的实践[J]．计算机系统应用，2010，19(2)：201—204．