Как работает лазерный тахометр

Делаем бесконтактный лазерный тахометр на Arduino

Новая серия ИП LI100-20BxxPR3 от MORNSUN: от умных домов до промышленной автоматизации

Лазерный тахометр – прибор предназначенный для оперативного измерения частоты вращения (оборотов в единицу времени) различных вращающихся деталей и механизмов. Принцип работы такого тахометра основан на измерении частоты вращения с помощь лазерного луча, отраженного от контрастной маркерной ленты, наклеенной на движущийся предмет или вал. Стоимость подобных промышленных приборов достаточно высока даже для бюджетных вариантов. В статье мы рассмотрим вариант подобного прибора на Arduino, который не уступает по точности бюджетным промышленным приборам (Рисунок 1).


Рисунок 1.	*Бесконтактный лазерный тахометр на Arduino.*

Для сборки тахометра понадобиться: плата Arduino Nano, модуль лазерного излучателя, модуль лазерного приемника (модуль лазерного датчика), модуль OLED дисплея 128×32 с интерфейсом I 2 C, тактовая кнопка, разъем для подключения 9-вольтового элемента питания типа «Крона».

Схема подключения модулей к плате Arduino изображена на Рисунке 2. Процессы сборки, подключения компонентов к плате Arduino, а также компоновки в корпусе, демонстрируются в видеоролике в конце статьи.


Рисунок 2.	Схема лазерного тахометра на Arduino (подключение модулей к плате Arduino Nano).

Примененный модуль лазерного излучателя (модуль лазерного диода) имеет номинальное напряжение питания 5 В; генерируемое излучение в диапазоне 650 нм мощностью 5 мВт (Рисунок 3). Потребляемый лазером ток составляет не более 40 мА, поэтому допустимо его подключение к выходу 5 V платы Arduino (выход встроенного в плату Arduino регулятора напряжения 5 В).


Рисунок 3.	*Модуль лазерного излучателя.*

Модуль лазерного сенсора использует приемник немодулированного лазерного излучения, поэтому при измерениях рекомендуется избегать засветки сенсора ярким солнечным светом или другими источниками света (Рисунок 4). При попадании лазерного излучения на датчик (в нашем случае – отраженный лазерный луч) на его выходе «Out» появляется высокий уровень, в отсутствии засветки датчика на выходе фиксируется низкий логический уровень. Номинальное напряжение питания модуля лазерного приемника составляет 5 В. Также на плате модуля лазерного приемника установлен светодиод, индицирующий подачу питания.


Рисунок 4.	*Модуль лазерного датчика.*

Примененный модуль OLED дисплея с разрешением 128×32 точки (на контроллере SSD1306) подключается к плате Arduino по интерфейсу I 2 C. Напряжение питания модуля дисплея равно 5 В (Рисунок 5).


Рисунок 5.	Модуль OLED дисплея с интерфейсом I 2 C и разрешением 128×32 точки для лазерного тахометра.

Скетч Arduino доступен для скачивания в разделе загрузок. В скетче, помимо стандартных библиотек Arduino, используются библиотеки Adafruit_GFX.h и Adafruit_SSD1306.h для работы с OLED дисплеем. Если эти библиотеки не установлены в среде Arduino, их необходимо установить с помощью менеджера библиотек.

Для прибора разработан корпус, проектные файлы для печати корпуса на 3D принтере доступны для скачивания в разделе загрузок. При сборке прибора автор в корпусе совместил модуль лазерного излучателя и приемника.

Видео сборки прибора и демонстрация работы

Как вы можете заметить в видеоролике, начиная с 4:40 самодельный лазерный тахометр показывает примерно те же значения, что и промышленный прибор, но с боле высокой частотой обновления значений на дисплее. Автор проекта в комментариях к видеоролику утверждает, что прибор позволяет измерять скорость до 99,999 об/мин.

Лазерный тахометр принцип работы

Бытовой лазерный тахометр используется для вычисления частоты вращения разных элементов, может выступать как счетчик оборотов, находить максимальное, среднее, минимальное значение итп. Количеств функций зависит от стоимости прибора и, как правило, в недорогих тахометрах присутствуют только перечисленные выше две. Что можно делать им дома?

Для ПК:
1. Сравнивать скорость вращения вентилятора, которую выдают ШИМ реобасы, с реальным значением
2. При регулировке скорости вращения вентилятора напряжением, смотреть обороты вентилятора

Для домашнего мастера:
1. Смотреть скорости вращения сверлильных/фрезерных итп станков
2. Смотреть обороты для ручного инструмента — дрели, граверы итд
3. Использовать для подсчета оборотов специальных инструментов — например, при намотке катушек

В общем это полезная вещь для тех случаев, когда вас интересуют обороты чего-либо. Лазерные тахометры работают на основе принципа регистрации отраженного от поверхности луча лазера и подсчета данных. Конструктивно выполнены в виде линзы (или нескольких линз) через которую светит маломощный лазер и приемника света, который принимает отраженный свет через ту же линзу. Лазер и приемник расположены так, что бы в обычном состоянии (когда нет отражения лазерного луча), лазер не засвечивал приемник. Для четкой регистрации сигнала, в комплекте к тахометру идут отражающие полоски, которые вы можете наклеить на поверхность измеряемого устройства. Полоски не обязательны, если у вас есть четкое разделение отраженного луча — например, черный диск и белая полоса. Цифровые тахометры обладают хорошей точностью и недороги. Это если кратко. Для чего его купил я — появилось желание сделать счетчик оборотов для настольной циркулярки. Я хотел купить комплект — блок лазер/приемник со шлейфом к основной плате, плата подсчета частоты вращения плюс контроллер дисплея, дисплей на шлейфе. Почему-то я был уверен, что такие наборы есть. Потратив полдня на али и ничего не найдя, разозлился и решил купить самый дешевый тахометр, что бы потом его раздерибанить на части и использовать в своем проекте. Ну и хотелось максимального количества положительных отзывов на модель, дабы потом не было обидно. Такой нашелся. Итак, встречаем, DT2234C+

Приехало все в сильно помятой коробке, но сам тахометр не пострадал:

В коробке лежит чехол для переноски. Довольно удобный, кстати:

В чехле — сам тахометр, набор отражающих полосок, инструкция:

Измерение оборотов — 2.5 — 99999 об/мин
Точность — +-0.05% + 1 знак
Дистанция измерения — 5см — 50см
Питание — 9в крона
Ток потребления в рабочем режиме — 30мА
Измерение минимального, максимального значения

Подсветки нет. В приборе нет режима постоянной работы — для измерения надо нажать Test. После отпускания кнопки прибор выключается. Если в выключенном приборе нажать Mem, то в цикле показывает минимальное, максимальное, последнее значение. Сзади отсек для кроны:

В инструкции написано, что при длительном неиспользовании лучше вытаскивать батарею. Давайте измерим ток выключенного тахометра:

Ток 10мкА. С таким током батарею можно не вытаскивать. Теперь потребление в рабочем состоянии. По инструкции — 30мА

В принципе все совпадает. Теперь самое интересное. Давайте испытаем тахометр на реальных задачах. У меня есть процессорный вентилятор. Наклею на него полосу. Сравниваться будет с Uni-t UT373. Этот тахометр имеет больше функций, точнее, имеет подсветку, стеклянную просветленную оптику

Сразу скажу — ужасный тахометр сделала Unit-t. Не покупайте. Он глючит в показаниях при близком измерении, сбивается при наклонах под разными углами, иногда тупит и не показывает значение оборотов. Так что цена совсем не всегда показатель качества. Итак, клеим полосу на вентилятор:

Как видите, значения очень близки. Но, в отличие от Uni-t, китаец железно держит показания под разными углами, четко срабатывает от 5см (соответствует инструкции). Максимально расстояние, когда удалось измерить обороты, составило больше метра (при паспортных 50см)! Я вот совершенно серьезно думаю, что бы на станок раздерибанить Uni-t, а пользоваться китайцем. Давайте его разберем:

Все максимально дешево. Лазер впаян просто в плату без регулировки фокуса, приемник аналогично 🙂 Тем не менее, работает очень хорошо. Кстати, лазер светит очень сильно, явно больше безопасных 5мВт. Потом покопаюсь в плате на предмет уменьшения тока лазера. Думаю для работы в постоянном режиме это будет полезно. Раз пошла такая пьянка, разберем и Uni-t:

Видно, что все гораздо качественнее сделано. Линзы в отдельном блоке с креплением, они стеклянные и с просветлением. Приемник в отдельном пластиковом креплении, как и лазер. Т.е. от модели к модели настройки фокуса выдерживаются с хорошей точностью. Юнит работает на 3ААА, что тоже плюс. Есть подсветка. Тем не менее, все эти плюсы не помогли этому тахометру.

Выводы — DT2234C+ отличный лазерный тахометр. Из минусов я бы назвал невозможность работы в постоянном режиме и отсутствие подсветки

LED-драйверы MEAN WELL – оптимальные решения для различных задач освещения (материалы вебинара)


Рисунок 1.	Бесконтактный лазерный тахометр на Arduino.


Рисунок 2.	Схема лазерного тахометра на Arduino (подключение модулей к плате Arduino Nano).


Рисунок 3.	Модуль лазерного излучателя.


Рисунок 4.	Модуль лазерного датчика.


Рисунок 5.	Модуль OLED дисплея с интерфейсом I 2 C и разрешением 128×32 точки для лазерного тахометра.

Видео сборки прибора и демонстрация работы

При проектировании машин, механизмов, оборудования, с вращающимися элементами (валами, шестернями, шкивами, роторами электродвигателей, роликами конвейеров), в качестве необходимых измерительных приборов устанавливаются тахометры.
Например такое устройство присутствует в большинстве автомобилей и размещается на приборной панели, чтобы водитель контролировал режимы работы двигателя и своевременность переключения передач, учитывая информацию одновременно с показаниями спидометра.

Но не всегда в этом есть необходимость. Например в токарном станке шпиндель вращается с разными скоростями, которые токарь переключает соответствующей рукояткой и он знает точно, что число оборотов соответствует указанному (с учетом отклонения, предусмотренного паспортными данными).

Но в таких случаях возникает 2 вопроса:

В таких случаях понадобится контрольный ручной тахометр и сегодня мы поговорим об одной из его разновидностей – лазерном. Это прибор содержит оптический датчик, подсчитывающий число оборотов, что позволяет оперативно измерять частоты вращения.

Как устроен и работает оптический тахометр

Устройство применяется для целей контроля нормальных режимов работы технологического оборудования, чтобы избежать аварий, производственного брака и простоя в машиностроении, металлургии, ж/д транспорте, химии, нефтяной промышленности.

Принцип измерения заключается в излучении лазерного луча, отражении от светоотражательной метки, приклеенной на видимой части ротора (будем называть таким обобщенным термином любую вращающуюся деталь). После отражения, луч попадает в приемник, посчитывающий количество отраженных импульсов.

В качестве излучателя используется лазерный диод (длина волны 630-680 нм, CLASS-II, выходной мощностью менее 1 мВт). С каждым оборотом, поступает один импульс. Таким образом в единицу времени импульсов приходится больше или меньше и можно точно измерить частоту вращения.

Аналоговая часть схемы состоит из приемника отраженного сигнала, выполненного на фототранзисторе.
Кроме устройства передачи-приема, нужен в обязательном порядке цифровой счетчик или специализированный электронный контроллер, выполняющий больше функций, например преобразование в цифру, отображаемую на индикаторе в об/мин, а также если это предусмотрено, переключение диапазона (для многодиапазонных тахометров).

Важным элементом для повышения точности, чтобы не потерять ни одного импульса, является светодиодный индикатор для контроля точности наведения на цель (не во всех моделях). Также большое значение имеет:

расстояние до объекта;
угол луча;
отсутствие механических преград;
чистая среда (отсутствие запыления, задымления)

Устойчивый сигнал наблюдается при наклеивании метки шириной 16-25 мм (но все зависит от диаметра вала, ротора), на темном фоне. Могут возникнуть проблемы с приемом сигнала тахометром, если сам элемент вращения обладает высокой отражающей способностью – например полированная сталь. В таком случае необходимо сначала наклеить темную основу, а на нее уже светоотражатель.

Если вращение производится с большой угловой скоростью, необходимо обеспечить надежное крепление на валу, чтобы отметка не слетела под действием центробежной силы.

Выберите оптимальное расстояние от датчика тахометра до вращающейся детали. Необходимо обеспечить стабильный прием. Хотя лазер точно сфокусирован, чем дальше, тем сильнее влияет даже малейшее угловое смещение. Но всегда удается приблизиться на минимальную дистанцию, например если исследуемая на число оборотов деталь углублена внутрь оборудования.
Для лазерных тахометров с автоматическим переключением диапазона, например на границе 9999 об/мин, сначала будут наблюдаться меньшие числа, например 8000,8500,9000, а после превышения 9999 об/мин, на индикаторе будет показано значение умноженное на 10.
Для более точного снятия значений, сделайте несколько замеров и усредните показания бесконтактного тахометра.
В лабораторных условиях, например при испытании нового оборудования, прибор рекомендуется установить на штатив.

Цифровой тахометр

Автомобильным тахометром называется устройство, которое устанавливается в транспортных устройствах для проведения измерений частоты вращений коленчатого валика двигателя (в оборотах за минуту). В данной статье мы более подробно обсудим цифровой тахометр.

Автомобильный цифровой тахометр это устройство, которое устанавливается в транспортных устройствах для проведения измерений частоты вращений коленчатого валика двигателя (в оборотах за минуту). Данный прибор служит для того, чтобы частота вращения коленчатого валика двигателя не превышала максимально допустимое значение, и двигатель функционировал в оптимальном режиме. Наверняка, практически все владельцы автомобилей знают о существование в своем транспортном средстве тахометра, но большинство из них никогда не пользуются ним или вообще не знают, для чего он существует.

Цифровой тахометр

Именно поэтому сегодня мы более подробно поговорим о тахометрах. Итак, в этой статье вы сможете найти ответы на такие вопросы:

Что собой представляет тахометр?
Принцип работы тахометра;
Виды автомобильных тахометров (цифровой тахометр, лазерный тахометр);
Особенности тахометров.

Основная информация об автомобильных тахомтерах

Наверное, все владельцы автомобилей знают, что в его транспортном средстве обязательно есть тахометр, но не все ним пользуются, а некоторые даже не знают, зачем он нужен. Итак, давайте разберемся, что собой представляет тахометр и зачем он вообще нужен. Тахометром называется прибор, который предназначается для определения количества оборотов вращающихся деталей двигателя того или иного транспортного средства. Измеряются количества оборотов по линейной скорости или же по временной единице.

Основная функция тахометра заключается в облегчении выбора правильной передачи, так как это дает возможность продления ресурса двигателя транспортного средства.

То есть, в тот момент, когда стрелка данного прибора приближается или находится в красной зоне, рекомендуется проводить переход на самую высокую передачу. Используется тахометр для проведения регулирования не только на холостом ходу, но и на оперативном контроле чистоты вращения валика двигателя при передвижении. К тому же, нынешние тахометры достаточно удобны в использовании, потому как в большинстве из них применяется как комбинированная, так и бесконтактная система.

Принцип функционирования данного прибора заключается в фиксировании количества импульсов, которые поступают от датчиков, порядка их поступления, а также пауз между данными импульсами. Всего существует три разных метода подсчитывания количества импульсов:

Прямой;
Обратный;
Подсчитывание в двух направлениях одновременно.

Естественно, полученные показатели переделываются в определенные размерности, например, сантиметры, миллиметры, километры и тому подобное. Чаще всего, в нынешних тахометрах предусматривается способность в случае необходимости обнулять все полученные значения. Но тут необходимо знать, что точность показаний, даже самых качественных электрических приборов, не может превышать сто оборотов в минуту, а для стандартного устройства данное значение составляет приблизительно пятьсот оборотов за минуту.

Виды автомобильных тахометров

На бесконтактный тип тахометра стоит обратить внимание не только автомобилистам ибо он довольно часто применяется для наглядной демонстрации частоты вращения коленчатого валика двигателя внутреннего сгорания. Данный показатель является достаточно важным и необходимым для руководства всеми видами транспортных средств (самолетов, кораблей, автомобилей и тому подобное). Бесконтактный тахометр является необходимым прибором на производстве, где постоянно нужно держать под контролем рабочий процесс, определять показатели во избежание сбоев при функционировании.

Применяется бесконтактный тахометр для контролирования определенных органов технологических автомобилей. Ручной тахометр является достаточно полезным в хозяйстве, так как вы легко сможете проверить частоту вращения любого устройства.

Достаточно высоким уровнем точности и маленькой вероятностью погрешности обладает лазерный тип тахометра. С его помощью можно производить измерения с частотой вращения поверхности в пределах от двух с половиной до 99 999 оборотов за минуту.

Лазерный тахометр производит измерения по лазерному методу. То есть производиться анализ цифр отраженного лазерного импульса. Лазерные цифровые тахометры оснащаются не маленьким ЖД-ким дисплеем, размер которого составляет восемнадцать миллиметров, благодаря этому полученное значение достаточно хорошо читается. В использовании этот тип тахометра достаточно прост, так как это бесконтактный прибор, при помощи которого можно проводить измерения на расстоянии в пределах от пяти сантиметров до полуметров. К тому же, благодаря последним современным разработкам представленное устройство обладает встроенной памятью для произведения расчетов. Данное устройство имеет возможность запоминания максимальной, минимальной и последней величины.

Основные преимущества лазерного тахометра:

Лазерный метод произведения измерений (анализируется отраженный лазерный сигнал);
Измерение цифр;
Хорошая видимость цифр (до пяти знаков), благодаря большому ЖД-кому восемнадцати миллиметровому дисплею;
Встроенная память вычислений (может запоминать минимальное, максимальное и последнее значение).

Как правило, в комплекте находятся такие элементы:

Сам тахометр;
Футляр;
Английская инструкция.

Электрический тахометр оснащается достаточно крупным ЖД-ким дисплеем, который может показывать до пяти цифр. Может запоминать максимальную и последнюю полученную величину, а это добавляет комфорт во время использования. Для функционирования понадобится всего одна батарейка, имеющая напряжение в девять вольт. При правильном использовании такой батарейки хватит приблизительно на год. Для того чтобы прибор служил долго храните и перенесите его в удобном чехле, который прилагается в комплекте. Благодаря прочному материалу, из которого он изготавливается, ваш тахометр будет надежно защищен от каких-либо механических повреждений.

Лазерный тахометр

Здравствуй читатель! В этом обзоре я буду светить лазером в крутящиеся предметы дабы определить насколько быстро они вращаются.Если интересно-прошу под кат.

Товар был доставлен почтой Гонконга за 46 дней что довольно быстро для нынешних «почтовых коллапсов». Упаковка — бронебойная! Магазин newfrog.com пупырки не пожалел. Внутри в аккуратном чехольчике с петелькой на молнии сам тахометр, крона, отражающие полоски и инструкция на англ. языке. Что особенно понравилось так это чехольчик- вот бы к тестерам такие шили!

Далее- замеры. В качестве образца- полировальная машинка с вот таким графиком:

Поехали: нажимаем кнопку test, направляем луч на заранее приклеенный квадратик отражающей полоски и смотрим показания.Upd : работает и с приклеенной белой бумажкой.Блестящую поверхность надо заклеивать темной изолентой (или закрасить по инструкции).
1

2

3

4

5

6

Похоже на правду.
Тахометр запоминает результаты последнего измерения, и последовательное нажатие с удержанием кнопки MEM показывает на дисплее символы и число LA — Last (последнее показание), Up (максимальные), dn (минимальные) обороты.
например

Также можно измерить и проверить работу центробежного регулятора оборотов на мотоблоке и другой мото-технике.

Отличный лазерный тахометр DT2234C+. Тестирование, сравнение с дорогим аналогом

Приехало все в сильно помятой коробке, но сам тахометр не пострадал:

В коробке лежит чехол для переноски. Довольно удобный, кстати:

В чехле — сам тахометр, набор отражающих полосок, инструкция:

Измерение оборотов — 2.5 — 99999 об/мин
Точность — +-0.05% + 1 знак
Дистанция измерения — 5см — 50см
Питание — 9в крона
Ток потребления в рабочем режиме — 30мА
Измерение минимального, максимального значения