２００８年第２７卷第９期传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄ
Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
２１
基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究水
刘冬冬，姜炜，张天宏
（南京航空航天大学能源与动力学院。江苏南京２１００１６）
摘要：提出了一种基于光学鼠标传感器的转速测量方法。分析了转速测量原理，解决了光学鼠标传感
器ＡＤＮＳ－３０８０的软件初始化和镜头对焦等关键问题，设计了基于光学鼠标传感器的转速测量试验系统。试验结果表明：这种方法能准确判别转向，对于本试验系统，在１速响应性。该方法适用于低速转动部件的转速测量与转向判别。关键词：转速测量；转向判别；光学鼠标传感器；ＣＭＯＳ相机中圈分类号：ＴＰ２１２．１２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－９７８７（２００８）０９－００２１－０３
０００
ｒ／ｍｉｎ范围内具有良好的线性度和快
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂａｓｅｄ
ｓｅｎｓｏｒ术
ｏｎ
ｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒ
ＬＩＵＤｏｎｇ－ｄｏｎｇ，ＪＩＡＮＧＷｅｉ，ＺＨＡＮＧＴｉａｎ－ｈｏｎｇ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｎａｎｊｉｎｇ２１∞１６．Ｃｈｉｎａ）
ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ
Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
ａｓ
ｓｅｎｓｏｒ
ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎ
ｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
ｓｅｎｓｏｒ
ｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｓｅｎｓｏｒ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ
ｋｅｙ
ｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈ
ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ
ｏｎ
ＡＤＮＳ－３０８０ａｎｄｆｏｃｕｓｉｎｇｏｆｔｈｅｌｅｎｓａｒｅｓｏｌｖｅｄ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
ｉｓ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙｏｆｓｕｒｖｅｙ
ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｉｓ
ａｒｅ
ｍｅｔｈｏｄ
ｃａｎ
ｅｘａｃｔｌｙｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｉｎｅａｒｉｔｙａｎｄ
ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ
ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ．
ｇｏｏｄｉｎｔｈｅ１０００ｒ／ｍｉｎｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄ
ｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｉｎ
ｔｈｅｌｏｗ—ｓｐｅｅｄ
ａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ；ｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅｓｅｎｓｏｒ；ＣＭＯＳｃａｍｅｒａ
０引育计算等关键问题，并对这种方法进行了试验验证。１基于光学鼠标传感器的转速测量原理
１．１
转速测量是机电产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全及优化控制等工作中所必不可少的内容。目前，对转子速度的测量方法主要有机械式测量、基于电感式传感器、电涡流传感器及光电传感器测量等几种。这些传统的测量方法通常只能测量转速大小，如要进行方向判别会使其结构复杂…；且存在较大的测速阈值，在转速比较高时测速效果较好，当转速较低时误差就逐渐增大、实时性变差，甚至无法测速旧’３Ｊ。在现代运动测量中，基于计算机视觉技术的转速测量装置得到了广泛的应用Ｈ“ｏ。这些装置弥补了传统测量装置的缺点，但设备结构复杂、成本高昂，
光学鼠标传感器
光学鼠标传感器是一种高度集成的数字图像处理系
统，其内部集成了ＣＭＯＳ相机和微处理器，能够实现在二维平面的定位。定位原理如图１所示，ＣＭＯＳ相机伴随着鼠标移动对探测表面连续拍照，处理器提取每张照片里的特
征像素，通过比较相邻２张照片里同一个特征像素的位置
变化，就可以计算得到鼠标在这２张照片拍摄时间间隔内的位移增量。
难以作为一般的转速测量设备推广使用。
针对以上问题，本文提出了一种基于光学鼠标传感器的转速测量方法。分析了转速测量原理，重点研究了光学
圈１
Ｆｌｇ１
光学鼠标传感器定位原理
ｎｌｏｕｓｅ
鼠标传感器ＡＤＮＳ－３０８０的软件初始化、镜头对焦及转速
Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｏｐｔｉｃａｌ
ｓｅｍｒ
收稿日期：２００８一０４－－２４
・基金项目：总装预研基金资助项目
２２
传感器与微系统第２７卷
１．２转速测量原理
光学鼠标传感器输出的定位信息反映了鼠标在一段时间内位移的大小和方向，若知道运动时间就可以根据定位信息计算出鼠标在这段时间内的平均速度。基于这种思想，本文提出采用光学鼠标传感器探测转轴表面切向速度的大小和方向，从而进行转速计算和转向判别。转速测量原理如图２所示，系统上电与初始化完成后开始工作，半导体激光器照亮转轴测量段表面，光学鼠标传感器探测转轴照亮部分，单片机模块定时读取传感器输出的定位信息，并
位移增量为ＡＸ。，定时间隔为Ｔ（ｍｓ），每次转速计算读取Ⅳ组数据，则
Ⅳ次位移增量的平均值为
．
Ｎ
ＡＸ＝百１∑ＡＸ。；
（１）
所以，转轴转速为
Ｒｎ。，
ｎ１
（２）
计算、判别得到转速和转向。
图２转速测量原理示意图表１
光学鼠标传感器的输出数据格式
ＡＸ△ｙ
Ｘ７
Ｘ６
Ｘ５
Ｘ４
Ｘ３
Ｘ２工１
Ｘ０
２而～。１１ｕ－－３（ｒ／ｍｉｎ）・
（３）
Ｄ都为确定值，转速ｎｌ仅取决于光学鼠标传感器在单位时间输出的位移增量ＡＸ。，而该传感器在设计速度范围内是线性的。所以，理论上基于光学鼠标传感器的转速测量方法是线性的。２试验系统设计
为了验证这种转速测量方法的可行性，设计了基于光学鼠标传感器ＡＤＮＳ－－３０８０的转速测量试验系统。如图２所示，试验系统由光学鼠标传感器、测速平台、半导体激光器、镜头及单片机模块组成。其中，单片机模块以普通８位单片机为核心设计，主要实现光学鼠标传感器的软件初始化、图像获取、定位信息读取、转速计算、转向判别、显示及通信等功能。
本试验系统设计的关键在于光学通道设计和光学鼠标传感器的软件初始化。
Ｆｉｇ２Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
表１为光学鼠标传感器输出的定位信息的数据格式，ＡＸ，ＡＹ表示相对上一次定位信息输出时刻鼠标的位移增量，其输出值在一１２８～１２７之间。数值的正负表示了位移增量的方向，所以，由定位信息可以轻易、准确地判别当前转向。但要得到真实的转速，就是要准确地测量转轴表面的切向速度，用切向速度除以转轴的横截面周长就可以得到转速大小。在用作转速测量时，根据光学鼠标传感器安装方向，只需要Ｘ，ｙ中一个方向的数据就可以计算转速。由于光学鼠标传感器内部的ＣＭＯＳ相机的分辨率有限，它的每一次位移测量都存在取整误差，实际测量时安装误差、对焦误差，振动等因素也会影响传感器的测量精度。因此，需要对传感器输出的定位信息进行处理，以得到可信度较高的位移增量，进而计算转轴表面的切向速度和转轴转速。本文采用平均值法对多组定位信息进行滤波，给出转速的计算方法，采用ｘ方向的位移增量计算转速。
２．１光学通道设计
如图２所示，测速平台为可以正反转的电机带动的一根旋转轴，在该转轴末端延伸一段直径为Ｄ的测量段。对测量段表面做纹理化处理，这有利于提高光学鼠标传感器的探测灵敏度。由于传感器内部的ＣＭＯＳ相机只对波长在６５０ｎｍ附近的光敏感，所以，采用自带光束调制透镜、
发射波长为６３５—６５０ｎｍ的半导体激光器作为光源。通过
透镜调制激光投射到测量段表面的光斑大小，保证在此光斑范围内光照强度尽量一致，这有利于传感器的可靠工作。
Ｔａｂ１
Ｏｕｔｐｕｔｄａｔａｆｏｒｍａｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅｓｅｎｓｏｒ
２．２光学鼠标传感器的软件初始化
图３为软件初始化流程图。首先，必须按规定时序下载一段１９８６字节的固件代码到传感器内部的ＲＡＭ中；然后，读取固件的ＣＲＣ校验结果，若正确，则可以进行后续操作，否则，必须重新下载，直到读到正确的校验结果。最后，对传感器的帧速率、工作模式等寄存器进行配置。初始化完成后，单片机每次必须连续访问Ｏｘ０２，０ｘ０３，Ｏｘ０４这３个寄存器，才可以获得有效的定位信息。
ｂ
ｙ６
ｙ５
ｙ４
ｂ比ｙ１
ｙ０
设转轴测量段直径为Ｄ（ｍｎｌ），测量段表面的切向速度意义指在成像倍率为１．０时Ｘ方向发生２５．４ｍｍ位移传感
器输出的位移增量，每个定时间隔内传感器ｘ方向输出的
第９期刘冬冬，等：基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究
２３
表２试验结果
Ｔａｂ２
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ
序号
ｎ。
ａｔｌｅｔｌ（％）
ｎ１２
ｅｆ２（％）
１１６０．６１６０．００．３７１６０．３０．２１２１７０．９１７０．１０．４７１７０．５０．２１３２２３．１２２１．５０
７１
２２２．９０．０９４２５８．２２５６．３０．７４２５８．３０．０６５３１７．２３１４．３０．９１３１７
４
０．０７６３５４．６３５０．９１．０４３５４．７０
０３
７５５３．５５４７．１１．１６５５４．６０．１９８５７８
ｌ
５７０．１１．３８５７７．９０．０２９８４５．４８３３．７１．３８８４６．５０．１３１０
８７８．７
８６３．７
１．７１
８７７．０
０．１９
图３光学鼠标传感器软件初始化流程图
３．３测速范围
Ｆｉｇ３
Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌ
由光学鼠标传感器的工作原理可以推知，只要转轴匀速转动，不论转速多小，传感器都能探测到转轴的转动，因
ＡＤＮＳ－３０８０还提供了图像获取功能，通过特殊的寄存
此，可以认为这种方法能测量的最小转速
器操作可以获得传感器内部ＣＭＯＳ相机拍摄的照片，这个ｎｌ¨。＝Ｏ（ｒ／ｍｉｎ）．
（６）
功能在试验时可以用来对焦、计算成像倍率。
由式（１）一式（３）可以得到本方法能测量的最大转速
３试验验证与结果分析
（７）
３．１
试验方法
‰。＝警（ｒ／ｍｉｎ）．
按照图２搭建好试验系统，取转轴测量段直径Ｄ＝
公式（７）中”…是当成像倍率为１．０时光学鼠标传感５ｍｍ，使用光电式转速表标定试验结果。在转轴静止时，用器所能测量的最大线速度，可以看出：为了增大测速范围可单片机读取ＣＭＯＳ相机拍摄到的照片的像素信息并通过串以减小成像倍率ｎ。和转轴测量段的直径Ｄ。在本试验系口上传到计算机，在ＶＣ＋＋环境下利用这些像素信息复现统中／Ｚ２＝１．０４，Ｄ＝５ｍｍ，口。。＝ｌ０１６ｍｍ／ｓ，代人公式（７）得
ＣＭＯＳ相机拍摄到的照片。然后，不断调节物距、像距直到ｎｌ。。＝３
７３２（ｒ／ｍｉｎ）。
得到较清晰的照片。对焦后根据测量段表面的实际纹理宽３．４响应速度
度ｄ＝０．５ｍｍ，ＣＭＯＳ相机的有效感光面积和纹理在照片里根据本方法的测速原理可以推知，只要光学鼠标传感器在相邻２帧的时间间隔内探测到了移动就可以计算一次旷糕＝甓糕器擎＝等乩０４０转速，而光学鼠标传感器的帧速率一般在２０００帧／ｓ以上，
”２物高
实际纹理宽度
一
．㈩’
”７
．
５
再考虑到数据传输延迟和转速计算耗时，本方法的理论响３．２测速精度
应时间在毫秒级。但当转速太低以至于传感器在相邻２帧试验结果表明：本方法对转轴转向的判别非常准的时间间隔内探测不到移动的时候，响应速度取决于转速，确。由于试验用电机的最低转速只能达到１６０
ｒ／ｍｉｎ
转速越慢响应时间越长。在实际应用中，为了提高测速精左右，并不能充分体现本方法测量低转速的优势，但由度，相邻２次定位信息的读取必须相隔一定的时间间隔７１，表２可以看出：转速越低，测速精度越高。为了进一步并读取Ⅳ组定位信息后，才能计算一次转速。在本试验系提高测速精度，采用最小二乘法对试验数据进行了拟
统中，时间间隔Ｔ＝５ｍＳ，Ｎ＝１０，所以，响应Ｈｅｌｌｏ约为５０ｍｓ。合。根据试验结果将拟合级数设置为１，得到的拟合
４结论
公式为
本文提出了一种基于光学鼠标传感器的转速测量方
法，分析了转速测量原理，解决了光学鼠标传感器的软件初Ｒ２＝１．０１８６ｎｎ－２．７１８４．
（５）
始化、镜头对焦及转速计算等关键问题，设计了转速测量试
表２中，ｎ，为标定用光电转速表的测量值，ｎ。，表示拟合
验系统。试验表明：这种方法能准确地判别旋转方向，在
前的测量值。ｅ为拟合前ｎ。相对ｎ，的示值误差，ｎ。。为拟合ｌ０００
ｒ／ｍｉｎ以下时具有良好的线性度和快速响应性。这种
后的测量值，ｅ。。为拟合后ｑ。相对ｎ，的示值误差。可以看
转速测量方法适用于低速转动部件的转速测量和转向判出：拟合后在较高转速时，测速精度有明显提高，但在较低别。此外，这种方法也可以用于微型机电系统的转速测量。
转速时效果不明显。
（下转第２６页）
２６
传感器与微系统
第２７卷
－８０
的相位噪声的时域采样信号，可以作为一个相位噪声源，用
革
一６０
于分析电荷泵锁相环的离散模型的噪声；也可以作为数字要一４０
通信仿真中的信道噪声源，用于分析信道相位噪声对ＱＡＭ簧一２０调制方式的误码率影响。鬻
。
参考文献：
蛋
２０
Ｏ
ｌ
２
３
４
［１］
Ａｌｉ
Ｈａｊｉｍｉｒｉ，ＳｏｔｉｒｉｏｓＬｉｍｏｔｙｒａｋｉｓ，ＬｅｅＴＨ．Ｊｉｔｔｅｒａｎｄｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
频率／ＭＨｚ
ｉｎｒｉｎｇ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄ・ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ，１９９９，
图４相位噪声的功率谱密度
３４（６）：７９０－８０４．
Ｆｉｇ４
Ｐｏｗｅｒ
ｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙｏｆ
ｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
［２］ＧａｒｄｎｅｒＦＭ．Ｐｂａｓｅｌｏｃｋｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｍ］．３ｔｈｅｄ．ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆
将咖（ｔ）ｌ。，。，代入式（１０），可以求出环形振荡器输出电Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ，２００５：１８１－１８２．
压的时域采样Ｖ（ｔ）ｌ，。利用Ｙｕｌｅ—Ｗａｌｋｅｒ功率谱估计法，
［３］
ＢｅｈｚａｄＲａｚａｖｉ．Ａ
ｓｔｕｄｙｏｆｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅｉｎＣＭＯＳ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．
可以估计出输出电压的功率谱密度，如图５所示。
ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄ－ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ，１９９６，３１（３）：３３１－３４３．
．
－８０［４］ＡｌｉＨａｊｉｍｉｒｉ，ＬｅｅＴＨ．Ａｇｅｎｅｒａｌｔｈｅｏｒｙｏｆｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
ｉｎ
ｅｌｅｃｔｒｉ．
÷
－６０
ｃａｌ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＳｏｌｉｄ．Ｓｔａｔｅ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，１９９８，
要一４０
３３（２）：１７９－１９４．
嚣一２０［５］
ＡｌｐｅｒＤｅｍｉｒ，Ａｍｉｔ
Ｍｅｈｒｏｔｒａ，ＪａｉｊｅｅｔＲｏｙｃｈｏｗｄｈｕｒｙ．Ｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
鬻
。
ｉｎ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ：Ａｕｎｉｆｙｉｎｇｔｈｅｏｒｙａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｃｈａｒａｅ—
唇
２０
Ｔｒａｎｓｃａｔｉｏｎｓ
ｏｎ
ａｎｄＯ
１
２
３
４
ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｉｒｃｕｉｔｓＳｙｓｔｅｍｓ—Ｉ：Ｆｕｎ．
频率／ＭＩ－Ｉｚ
ｄａｍｅｎｔａｌＴｈｅｏｒｙａｎｄ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０００，４７（５）：６５５－６７４．
图５输出电压的功率谱密度
［６］
ＡｌｐｅｒＤｅｍｉｒ．Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
ｔｉｍｉｎｇ
ｊｉｔｔｅｒｆｒｏｍｐｈａｓｅｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｆｏｒ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓａｎｄＦｉｇ５
Ｐｏｗｅｒ
ｓｐｅｃｔｒａｌ
ｄｅｎｓｉｔｙｏｆｖｏｌｔａｇｅ
ｗｈｉｔｅａｎｄｏｕｔｐｕｔ
ｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｓｗｉｔｈ１／ｆｎｏｉｓｅ［Ｊ］．
从图４和图５可知，利用谱综合法求出的相位噪声的ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓｃａｔｉｏｎｓ
ｏｎ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄ
Ｓｙｓｔｅｍｓ—Ｉ：ＲｅｇｕｌａｒＰａｐｅｒｓ．
时域采样数据，能够有效逼近理论上的功率谱密度。而且，
２００６，５３（９）：１８６９－－１８８４．｛￡（ａｆ）一１０ｌｏｇ［Ｓ。（∽］｝ｌｒ－ｌ。＝３．１—１０ｌ０９１０
２，仿真结
［７］
ＢｅｈｚａｄＲａｚａｖｉ．ＲＦｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｎｎｉｃｓ［Ｍ］．ＰｅａｒｓｏｎＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ｌｎｃ，
果与理论分析结果比较吻合。１９９８：２２０－－２２１．
Ｓｈｕ３结论
［８］Ｋｅｌｉｕ，ＥｄｇａｒＳａｍｅｊｅｚ－Ｓｉｎｅｎｃｉｏ．ＣＭＯＳＰＬＬｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒｓ：Ａ－
ｎａｌｙｓｉｓａｎｄ
ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００５：１０—１１．
由以上分析可知，利用谱综合法得到的相位噪声的时［９］ＭａｎｏｌａｋｉｓＤＧ，ＩｎｇｌｅＶＫ，ＫｏｇｏｎＳＭ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎｄａｄａｐｔｉｖｅ域采样序列，其功率谱能有效逼近环形振荡器线性化模型ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ－ｓｐｅｃｔｒａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｄａｐｔｉｖｅｆｉｌ—
的奇异功率谱。根据仿真结果进一步验证了环形振荡器输
ｔｅｒｉｎｇ
ａｎｄ
ａｒｒａｙ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ［Ｍ］．ＴｈｅＭｃＧｒａｗ—ＨｉｌｌＣｏｍｐａｎｉｅｓ，
出电压信号的理论通带谱和相位噪声信号基带谱的近似关Ｉｎｃ．２０００：７３６－－７３７．
系。通过分析相位噪声时域采样序列的自相关序列，可知作者简介：
相位噪声是一个非平稳信号，并有长期的相关性，因此，可谭晓昀（１９６０一），男，黑龙江哈尔滨人，教授，主要研究方向为以将相位噪声看作是一个长记忆过程。利用谱综合法得到
ＭＥＭＳ传感器技术。
‘≯１０≯。ｔ字’‘，。扩‘；’、扩扩、＝≯４ｔ≯。、Ｐ、Ｐｔ，３ｔ，’ｔｊｐ扩ｏｐｔ≯１扩矿ｔｊ’ｔ，’乜；’－；’妒、尹‘≯１、Ｐ、Ｐ屯ｊ＋扩ｔ≯。ｔ≯。、ｐ℃≯‘它≯。９≯、‘；＾９、ｐ＼ｐ、ｐ＼ｐ、ｐ‘Ｐ
（上接第２３页）［５］ＷａｎｇＳｈｉｇａｎｇ，ＬｉＱｉａｎ，ＧｕａｎＢａｉｑｉｎｇ．Ａ
ｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎ
ｍｅｔｈｏｄ
参考文献：
ｆｏｒ
ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ａｎｇｕｌａｒ
ｖｅｌｏｃｉｔｙ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ
ａｎｄＩａｓｅｒｓｉｎ
Ｅｎｇｉ・
［１］钱建强，徐平．四象限光电探测器用于转速测量的研究［Ｊ］．
ｎｅｅｒｉｎｇ，２００７（４５）：１０３７—１０４８．
光电工程，２００６，３３（９）：６７—７０．
［６］Ｃｈｏｕ
Ｃｈｉｅｎ，ＫｕｏＷｅｎｃｈｕａｎ，ＨｓｉｅｈＴｕｎｇｓｈｅｎｇ，ｅｔａ１．Ａｐｈａｓｅｓｅｎ－
［２］
刘海鸥，陈慧岩，余春晖．车辆起步车速测量技术的研究［Ｊ］．
ｓｉｔｉｖｅ
ｏｐｔｉｃａｌ
ｒｏｔａｔｉｏｎ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎ
ａ
ｓｃａｔｔｅｒｅｄｅｈｉｒａｌｍｅｄｉｕｍ
传感器与微系统，２００１，２０（１１）：５２—５４．
ｕｓｉｎｇ
ａ
Ｚｅｅｍａｎ
ｌａｓｅｒ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００４（２３０）：
［３］
王凡，孙文丰，李晓青．提高光电型红外转速传感器测量准
２５９—２６６．
确度的方法［Ｊ］．传感器与微系统，２００２，２１（１１）：４２—４４．
作者简介：
［４］
姜益军，董海风，何小元．微电子机械系统中转速测量的光学刘冬冬（１９８３一），男，陕西西安人，博士研究生，主要从事航空
方法［ｊ］．实验力学，２００４，１９（１）：１０９－－１１２．
发动机测试与控制研究。
基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
刘冬冬， 姜炜， 张天宏， LIU Dong-dong， JIANG Wei， ZHANG Tian-hong南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016传感器与微系统
TRANSDUCER AND MICROSYSTEM TECHNOLOGIES2008,27(9)2次
参考文献(6条)
1. Chou Chien;Kuo Wenchuan;Hsieh Tungsheng A phase sensitive optical rotation measurement in ascattered chiral medium using a Zeeman laser[外文期刊] 2004(230)
2. Wang Shigang;Li Qian;Guan Baiqing A computer vision method for measuring angular velocity[外文期刊] 2007(45)
3. 姜益军;董海凤;何小元 微电子机械系统中转速测量的光学方法[期刊论文]-实验力学 2004(01)
4. 王凡;孙文丰;李晓青 提高光电型红外转速传感器测量准确度的方法[期刊论文]-传感器与微系统 2002(11)5. 刘海鸥;陈慧岩;余春晖 车辆起步车速测量技术的研究[期刊论文]-传感器与微系统 2001(11)6. 钱建强;徐平 四象限光电探测器用于转速测量的研究[期刊论文]-光电工程 2006(09)
引证文献(2条)
1. 刘恒大. 忽满利. 单鹏 基于LabVIEW的鼠标位移测量技术研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2010(12)2. 叶青 转速测量技术进展[期刊论文]-上海计量测试 2010(5)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_cgqjs200809007.aspx
２００８年第２７卷第９期传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄ
Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
２１
基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究水
刘冬冬，姜炜，张天宏
（南京航空航天大学能源与动力学院。江苏南京２１００１６）
摘要：提出了一种基于光学鼠标传感器的转速测量方法。分析了转速测量原理，解决了光学鼠标传感
器ＡＤＮＳ－３０８０的软件初始化和镜头对焦等关键问题，设计了基于光学鼠标传感器的转速测量试验系统。试验结果表明：这种方法能准确判别转向，对于本试验系统，在１速响应性。该方法适用于低速转动部件的转速测量与转向判别。关键词：转速测量；转向判别；光学鼠标传感器；ＣＭＯＳ相机中圈分类号：ＴＰ２１２．１２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－９７８７（２００８）０９－００２１－０３
０００
ｒ／ｍｉｎ范围内具有良好的线性度和快
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂａｓｅｄ
ｓｅｎｓｏｒ术
ｏｎ
ｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒ
ＬＩＵＤｏｎｇ－ｄｏｎｇ，ＪＩＡＮＧＷｅｉ，ＺＨＡＮＧＴｉａｎ－ｈｏｎｇ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｎａｎｊｉｎｇ２１∞１６．Ｃｈｉｎａ）
ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ
Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
ａｓ
ｓｅｎｓｏｒ
ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎ
ｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
ｓｅｎｓｏｒ
ｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｓｅｎｓｏｒ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ
ｋｅｙ
ｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈ
ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ
ｏｎ
ＡＤＮＳ－３０８０ａｎｄｆｏｃｕｓｉｎｇｏｆｔｈｅｌｅｎｓａｒｅｓｏｌｖｅｄ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅ
ｉｓ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙｏｆｓｕｒｖｅｙ
ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｉｓ
ａｒｅ
ｍｅｔｈｏｄ
ｃａｎ
ｅｘａｃｔｌｙｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｉｎｅａｒｉｔｙａｎｄ
ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ
ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ．
ｇｏｏｄｉｎｔｈｅ１０００ｒ／ｍｉｎｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄ
ｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｉｎ
ｔｈｅｌｏｗ—ｓｐｅｅｄ
ａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ；ｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅｓｅｎｓｏｒ；ＣＭＯＳｃａｍｅｒａ
０引育计算等关键问题，并对这种方法进行了试验验证。１基于光学鼠标传感器的转速测量原理
１．１
转速测量是机电产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全及优化控制等工作中所必不可少的内容。目前，对转子速度的测量方法主要有机械式测量、基于电感式传感器、电涡流传感器及光电传感器测量等几种。这些传统的测量方法通常只能测量转速大小，如要进行方向判别会使其结构复杂…；且存在较大的测速阈值，在转速比较高时测速效果较好，当转速较低时误差就逐渐增大、实时性变差，甚至无法测速旧’３Ｊ。在现代运动测量中，基于计算机视觉技术的转速测量装置得到了广泛的应用Ｈ“ｏ。这些装置弥补了传统测量装置的缺点，但设备结构复杂、成本高昂，
光学鼠标传感器
光学鼠标传感器是一种高度集成的数字图像处理系
统，其内部集成了ＣＭＯＳ相机和微处理器，能够实现在二维平面的定位。定位原理如图１所示，ＣＭＯＳ相机伴随着鼠标移动对探测表面连续拍照，处理器提取每张照片里的特
征像素，通过比较相邻２张照片里同一个特征像素的位置
变化，就可以计算得到鼠标在这２张照片拍摄时间间隔内的位移增量。
难以作为一般的转速测量设备推广使用。
针对以上问题，本文提出了一种基于光学鼠标传感器的转速测量方法。分析了转速测量原理，重点研究了光学
圈１
Ｆｌｇ１
光学鼠标传感器定位原理
ｎｌｏｕｓｅ
鼠标传感器ＡＤＮＳ－３０８０的软件初始化、镜头对焦及转速
Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｏｐｔｉｃａｌ
ｓｅｍｒ
收稿日期：２００８一０４－－２４
・基金项目：总装预研基金资助项目
２２
传感器与微系统第２７卷
１．２转速测量原理
光学鼠标传感器输出的定位信息反映了鼠标在一段时间内位移的大小和方向，若知道运动时间就可以根据定位信息计算出鼠标在这段时间内的平均速度。基于这种思想，本文提出采用光学鼠标传感器探测转轴表面切向速度的大小和方向，从而进行转速计算和转向判别。转速测量原理如图２所示，系统上电与初始化完成后开始工作，半导体激光器照亮转轴测量段表面，光学鼠标传感器探测转轴照亮部分，单片机模块定时读取传感器输出的定位信息，并
位移增量为ＡＸ。，定时间隔为Ｔ（ｍｓ），每次转速计算读取Ⅳ组数据，则
Ⅳ次位移增量的平均值为
．
Ｎ
ＡＸ＝百１∑ＡＸ。；
（１）
所以，转轴转速为
Ｒｎ。，
ｎ１
（２）
计算、判别得到转速和转向。
图２转速测量原理示意图表１
光学鼠标传感器的输出数据格式
ＡＸ△ｙ
Ｘ７
Ｘ６
Ｘ５
Ｘ４
Ｘ３
Ｘ２工１
Ｘ０
２而～。１１ｕ－－３（ｒ／ｍｉｎ）・
（３）
Ｄ都为确定值，转速ｎｌ仅取决于光学鼠标传感器在单位时间输出的位移增量ＡＸ。，而该传感器在设计速度范围内是线性的。所以，理论上基于光学鼠标传感器的转速测量方法是线性的。２试验系统设计
为了验证这种转速测量方法的可行性，设计了基于光学鼠标传感器ＡＤＮＳ－－３０８０的转速测量试验系统。如图２所示，试验系统由光学鼠标传感器、测速平台、半导体激光器、镜头及单片机模块组成。其中，单片机模块以普通８位单片机为核心设计，主要实现光学鼠标传感器的软件初始化、图像获取、定位信息读取、转速计算、转向判别、显示及通信等功能。
本试验系统设计的关键在于光学通道设计和光学鼠标传感器的软件初始化。
Ｆｉｇ２Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
表１为光学鼠标传感器输出的定位信息的数据格式，ＡＸ，ＡＹ表示相对上一次定位信息输出时刻鼠标的位移增量，其输出值在一１２８～１２７之间。数值的正负表示了位移增量的方向，所以，由定位信息可以轻易、准确地判别当前转向。但要得到真实的转速，就是要准确地测量转轴表面的切向速度，用切向速度除以转轴的横截面周长就可以得到转速大小。在用作转速测量时，根据光学鼠标传感器安装方向，只需要Ｘ，ｙ中一个方向的数据就可以计算转速。由于光学鼠标传感器内部的ＣＭＯＳ相机的分辨率有限，它的每一次位移测量都存在取整误差，实际测量时安装误差、对焦误差，振动等因素也会影响传感器的测量精度。因此，需要对传感器输出的定位信息进行处理，以得到可信度较高的位移增量，进而计算转轴表面的切向速度和转轴转速。本文采用平均值法对多组定位信息进行滤波，给出转速的计算方法，采用ｘ方向的位移增量计算转速。
２．１光学通道设计
如图２所示，测速平台为可以正反转的电机带动的一根旋转轴，在该转轴末端延伸一段直径为Ｄ的测量段。对测量段表面做纹理化处理，这有利于提高光学鼠标传感器的探测灵敏度。由于传感器内部的ＣＭＯＳ相机只对波长在６５０ｎｍ附近的光敏感，所以，采用自带光束调制透镜、
发射波长为６３５—６５０ｎｍ的半导体激光器作为光源。通过
透镜调制激光投射到测量段表面的光斑大小，保证在此光斑范围内光照强度尽量一致，这有利于传感器的可靠工作。
Ｔａｂ１
Ｏｕｔｐｕｔｄａｔａｆｏｒｍａｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｍｏｕｓｅｓｅｎｓｏｒ
２．２光学鼠标传感器的软件初始化
图３为软件初始化流程图。首先，必须按规定时序下载一段１９８６字节的固件代码到传感器内部的ＲＡＭ中；然后，读取固件的ＣＲＣ校验结果，若正确，则可以进行后续操作，否则，必须重新下载，直到读到正确的校验结果。最后，对传感器的帧速率、工作模式等寄存器进行配置。初始化完成后，单片机每次必须连续访问Ｏｘ０２，０ｘ０３，Ｏｘ０４这３个寄存器，才可以获得有效的定位信息。
ｂ
ｙ６
ｙ５
ｙ４
ｂ比ｙ１
ｙ０
设转轴测量段直径为Ｄ（ｍｎｌ），测量段表面的切向速度意义指在成像倍率为１．０时Ｘ方向发生２５．４ｍｍ位移传感
器输出的位移增量，每个定时间隔内传感器ｘ方向输出的
第９期刘冬冬，等：基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究
２３
表２试验结果
Ｔａｂ２
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ
序号
ｎ。
ａｔｌｅｔｌ（％）
ｎ１２
ｅｆ２（％）
１１６０．６１６０．００．３７１６０．３０．２１２１７０．９１７０．１０．４７１７０．５０．２１３２２３．１２２１．５０
７１
２２２．９０．０９４２５８．２２５６．３０．７４２５８．３０．０６５３１７．２３１４．３０．９１３１７
４
０．０７６３５４．６３５０．９１．０４３５４．７０
０３
７５５３．５５４７．１１．１６５５４．６０．１９８５７８
ｌ
５７０．１１．３８５７７．９０．０２９８４５．４８３３．７１．３８８４６．５０．１３１０
８７８．７
８６３．７
１．７１
８７７．０
０．１９
图３光学鼠标传感器软件初始化流程图
３．３测速范围
Ｆｉｇ３
Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌ
由光学鼠标传感器的工作原理可以推知，只要转轴匀速转动，不论转速多小，传感器都能探测到转轴的转动，因
ＡＤＮＳ－３０８０还提供了图像获取功能，通过特殊的寄存
此，可以认为这种方法能测量的最小转速
器操作可以获得传感器内部ＣＭＯＳ相机拍摄的照片，这个ｎｌ¨。＝Ｏ（ｒ／ｍｉｎ）．
（６）
功能在试验时可以用来对焦、计算成像倍率。
由式（１）一式（３）可以得到本方法能测量的最大转速
３试验验证与结果分析
（７）
３．１
试验方法
‰。＝警（ｒ／ｍｉｎ）．
按照图２搭建好试验系统，取转轴测量段直径Ｄ＝
公式（７）中”…是当成像倍率为１．０时光学鼠标传感５ｍｍ，使用光电式转速表标定试验结果。在转轴静止时，用器所能测量的最大线速度，可以看出：为了增大测速范围可单片机读取ＣＭＯＳ相机拍摄到的照片的像素信息并通过串以减小成像倍率ｎ。和转轴测量段的直径Ｄ。在本试验系口上传到计算机，在ＶＣ＋＋环境下利用这些像素信息复现统中／Ｚ２＝１．０４，Ｄ＝５ｍｍ，口。。＝ｌ０１６ｍｍ／ｓ，代人公式（７）得
ＣＭＯＳ相机拍摄到的照片。然后，不断调节物距、像距直到ｎｌ。。＝３
７３２（ｒ／ｍｉｎ）。
得到较清晰的照片。对焦后根据测量段表面的实际纹理宽３．４响应速度
度ｄ＝０．５ｍｍ，ＣＭＯＳ相机的有效感光面积和纹理在照片里根据本方法的测速原理可以推知，只要光学鼠标传感器在相邻２帧的时间间隔内探测到了移动就可以计算一次旷糕＝甓糕器擎＝等乩０４０转速，而光学鼠标传感器的帧速率一般在２０００帧／ｓ以上，
”２物高
实际纹理宽度
一
．㈩’
”７
．
５
再考虑到数据传输延迟和转速计算耗时，本方法的理论响３．２测速精度
应时间在毫秒级。但当转速太低以至于传感器在相邻２帧试验结果表明：本方法对转轴转向的判别非常准的时间间隔内探测不到移动的时候，响应速度取决于转速，确。由于试验用电机的最低转速只能达到１６０
ｒ／ｍｉｎ
转速越慢响应时间越长。在实际应用中，为了提高测速精左右，并不能充分体现本方法测量低转速的优势，但由度，相邻２次定位信息的读取必须相隔一定的时间间隔７１，表２可以看出：转速越低，测速精度越高。为了进一步并读取Ⅳ组定位信息后，才能计算一次转速。在本试验系提高测速精度，采用最小二乘法对试验数据进行了拟
统中，时间间隔Ｔ＝５ｍＳ，Ｎ＝１０，所以，响应Ｈｅｌｌｏ约为５０ｍｓ。合。根据试验结果将拟合级数设置为１，得到的拟合
４结论
公式为
本文提出了一种基于光学鼠标传感器的转速测量方
法，分析了转速测量原理，解决了光学鼠标传感器的软件初Ｒ２＝１．０１８６ｎｎ－２．７１８４．
（５）
始化、镜头对焦及转速计算等关键问题，设计了转速测量试
表２中，ｎ，为标定用光电转速表的测量值，ｎ。，表示拟合
验系统。试验表明：这种方法能准确地判别旋转方向，在
前的测量值。ｅ为拟合前ｎ。相对ｎ，的示值误差，ｎ。。为拟合ｌ０００
ｒ／ｍｉｎ以下时具有良好的线性度和快速响应性。这种
后的测量值，ｅ。。为拟合后ｑ。相对ｎ，的示值误差。可以看
转速测量方法适用于低速转动部件的转速测量和转向判出：拟合后在较高转速时，测速精度有明显提高，但在较低别。此外，这种方法也可以用于微型机电系统的转速测量。
转速时效果不明显。
（下转第２６页）
２６
传感器与微系统
第２７卷
－８０
的相位噪声的时域采样信号，可以作为一个相位噪声源，用
革
一６０
于分析电荷泵锁相环的离散模型的噪声；也可以作为数字要一４０
通信仿真中的信道噪声源，用于分析信道相位噪声对ＱＡＭ簧一２０调制方式的误码率影响。鬻
。
参考文献：
蛋
２０
Ｏ
ｌ
２
３
４
［１］
Ａｌｉ
Ｈａｊｉｍｉｒｉ，ＳｏｔｉｒｉｏｓＬｉｍｏｔｙｒａｋｉｓ，ＬｅｅＴＨ．Ｊｉｔｔｅｒａｎｄｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
频率／ＭＨｚ
ｉｎｒｉｎｇ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄ・ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ，１９９９，
图４相位噪声的功率谱密度
３４（６）：７９０－８０４．
Ｆｉｇ４
Ｐｏｗｅｒ
ｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙｏｆ
ｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
［２］ＧａｒｄｎｅｒＦＭ．Ｐｂａｓｅｌｏｃｋｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｍ］．３ｔｈｅｄ．ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆
将咖（ｔ）ｌ。，。，代入式（１０），可以求出环形振荡器输出电Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ，２００５：１８１－１８２．
压的时域采样Ｖ（ｔ）ｌ，。利用Ｙｕｌｅ—Ｗａｌｋｅｒ功率谱估计法，
［３］
ＢｅｈｚａｄＲａｚａｖｉ．Ａ
ｓｔｕｄｙｏｆｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅｉｎＣＭＯＳ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．
可以估计出输出电压的功率谱密度，如图５所示。
ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄ－ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ，１９９６，３１（３）：３３１－３４３．
．
－８０［４］ＡｌｉＨａｊｉｍｉｒｉ，ＬｅｅＴＨ．Ａｇｅｎｅｒａｌｔｈｅｏｒｙｏｆｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
ｉｎ
ｅｌｅｃｔｒｉ．
÷
－６０
ｃａｌ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＳｏｌｉｄ．Ｓｔａｔｅ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，１９９８，
要一４０
３３（２）：１７９－１９４．
嚣一２０［５］
ＡｌｐｅｒＤｅｍｉｒ，Ａｍｉｔ
Ｍｅｈｒｏｔｒａ，ＪａｉｊｅｅｔＲｏｙｃｈｏｗｄｈｕｒｙ．Ｐｈａｓｅ
ｎｏｉｓｅ
鬻
。
ｉｎ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ：Ａｕｎｉｆｙｉｎｇｔｈｅｏｒｙａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｃｈａｒａｅ—
唇
２０
Ｔｒａｎｓｃａｔｉｏｎｓ
ｏｎ
ａｎｄＯ
１
２
３
４
ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｉｒｃｕｉｔｓＳｙｓｔｅｍｓ—Ｉ：Ｆｕｎ．
频率／ＭＩ－Ｉｚ
ｄａｍｅｎｔａｌＴｈｅｏｒｙａｎｄ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０００，４７（５）：６５５－６７４．
图５输出电压的功率谱密度
［６］
ＡｌｐｅｒＤｅｍｉｒ．Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
ｔｉｍｉｎｇ
ｊｉｔｔｅｒｆｒｏｍｐｈａｓｅｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｆｏｒ
ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓａｎｄＦｉｇ５
Ｐｏｗｅｒ
ｓｐｅｃｔｒａｌ
ｄｅｎｓｉｔｙｏｆｖｏｌｔａｇｅ
ｗｈｉｔｅａｎｄｏｕｔｐｕｔ
ｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｓｗｉｔｈ１／ｆｎｏｉｓｅ［Ｊ］．
从图４和图５可知，利用谱综合法求出的相位噪声的ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓｃａｔｉｏｎｓ
ｏｎ
Ｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄ
Ｓｙｓｔｅｍｓ—Ｉ：ＲｅｇｕｌａｒＰａｐｅｒｓ．
时域采样数据，能够有效逼近理论上的功率谱密度。而且，
２００６，５３（９）：１８６９－－１８８４．｛￡（ａｆ）一１０ｌｏｇ［Ｓ。（∽］｝ｌｒ－ｌ。＝３．１—１０ｌ０９１０
２，仿真结
［７］
ＢｅｈｚａｄＲａｚａｖｉ．ＲＦｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｎｎｉｃｓ［Ｍ］．ＰｅａｒｓｏｎＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ｌｎｃ，
果与理论分析结果比较吻合。１９９８：２２０－－２２１．
Ｓｈｕ３结论
［８］Ｋｅｌｉｕ，ＥｄｇａｒＳａｍｅｊｅｚ－Ｓｉｎｅｎｃｉｏ．ＣＭＯＳＰＬＬｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒｓ：Ａ－
ｎａｌｙｓｉｓａｎｄ
ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００５：１０—１１．
由以上分析可知，利用谱综合法得到的相位噪声的时［９］ＭａｎｏｌａｋｉｓＤＧ，ＩｎｇｌｅＶＫ，ＫｏｇｏｎＳＭ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎｄａｄａｐｔｉｖｅ域采样序列，其功率谱能有效逼近环形振荡器线性化模型ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ－ｓｐｅｃｔｒａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｄａｐｔｉｖｅｆｉｌ—
的奇异功率谱。根据仿真结果进一步验证了环形振荡器输
ｔｅｒｉｎｇ
ａｎｄ
ａｒｒａｙ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ［Ｍ］．ＴｈｅＭｃＧｒａｗ—ＨｉｌｌＣｏｍｐａｎｉｅｓ，
出电压信号的理论通带谱和相位噪声信号基带谱的近似关Ｉｎｃ．２０００：７３６－－７３７．
系。通过分析相位噪声时域采样序列的自相关序列，可知作者简介：
相位噪声是一个非平稳信号，并有长期的相关性，因此，可谭晓昀（１９６０一），男，黑龙江哈尔滨人，教授，主要研究方向为以将相位噪声看作是一个长记忆过程。利用谱综合法得到
ＭＥＭＳ传感器技术。
‘≯１０≯。ｔ字’‘，。扩‘；’、扩扩、＝≯４ｔ≯。、Ｐ、Ｐｔ，３ｔ，’ｔｊｐ扩ｏｐｔ≯１扩矿ｔｊ’ｔ，’乜；’－；’妒、尹‘≯１、Ｐ、Ｐ屯ｊ＋扩ｔ≯。ｔ≯。、ｐ℃≯‘它≯。９≯、‘；＾９、ｐ＼ｐ、ｐ＼ｐ、ｐ‘Ｐ
（上接第２３页）［５］ＷａｎｇＳｈｉｇａｎｇ，ＬｉＱｉａｎ，ＧｕａｎＢａｉｑｉｎｇ．Ａ
ｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎ
ｍｅｔｈｏｄ
参考文献：
ｆｏｒ
ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ａｎｇｕｌａｒ
ｖｅｌｏｃｉｔｙ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ
ａｎｄＩａｓｅｒｓｉｎ
Ｅｎｇｉ・
［１］钱建强，徐平．四象限光电探测器用于转速测量的研究［Ｊ］．
ｎｅｅｒｉｎｇ，２００７（４５）：１０３７—１０４８．
光电工程，２００６，３３（９）：６７—７０．
［６］Ｃｈｏｕ
Ｃｈｉｅｎ，ＫｕｏＷｅｎｃｈｕａｎ，ＨｓｉｅｈＴｕｎｇｓｈｅｎｇ，ｅｔａ１．Ａｐｈａｓｅｓｅｎ－
［２］
刘海鸥，陈慧岩，余春晖．车辆起步车速测量技术的研究［Ｊ］．
ｓｉｔｉｖｅ
ｏｐｔｉｃａｌ
ｒｏｔａｔｉｏｎ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎ
ａ
ｓｃａｔｔｅｒｅｄｅｈｉｒａｌｍｅｄｉｕｍ
传感器与微系统，２００１，２０（１１）：５２—５４．
ｕｓｉｎｇ
ａ
Ｚｅｅｍａｎ
ｌａｓｅｒ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００４（２３０）：
［３］
王凡，孙文丰，李晓青．提高光电型红外转速传感器测量准
２５９—２６６．
确度的方法［Ｊ］．传感器与微系统，２００２，２１（１１）：４２—４４．
作者简介：
［４］
姜益军，董海风，何小元．微电子机械系统中转速测量的光学刘冬冬（１９８３一），男，陕西西安人，博士研究生，主要从事航空
方法［ｊ］．实验力学，２００４，１９（１）：１０９－－１１２．
发动机测试与控制研究。
基于光学鼠标传感器的转速测量方法研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
刘冬冬， 姜炜， 张天宏， LIU Dong-dong， JIANG Wei， ZHANG Tian-hong南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016传感器与微系统
TRANSDUCER AND MICROSYSTEM TECHNOLOGIES2008,27(9)2次
参考文献(6条)
1. Chou Chien;Kuo Wenchuan;Hsieh Tungsheng A phase sensitive optical rotation measurement in ascattered chiral medium using a Zeeman laser[外文期刊] 2004(230)
2. Wang Shigang;Li Qian;Guan Baiqing A computer vision method for measuring angular velocity[外文期刊] 2007(45)
3. 姜益军;董海凤;何小元 微电子机械系统中转速测量的光学方法[期刊论文]-实验力学 2004(01)
4. 王凡;孙文丰;李晓青 提高光电型红外转速传感器测量准确度的方法[期刊论文]-传感器与微系统 2002(11)5. 刘海鸥;陈慧岩;余春晖 车辆起步车速测量技术的研究[期刊论文]-传感器与微系统 2001(11)6. 钱建强;徐平 四象限光电探测器用于转速测量的研究[期刊论文]-光电工程 2006(09)
引证文献(2条)
1. 刘恒大. 忽满利. 单鹏 基于LabVIEW的鼠标位移测量技术研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2010(12)2. 叶青 转速测量技术进展[期刊论文]-上海计量测试 2010(5)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_cgqjs200809007.aspx