测量频率的传感器 老电工分享：模拟信号控制变频器输出频率的几个问题

老电工分享：模拟信号控制变频器输出频率的几个问题

1.变频器的模拟给定信号，电压范围通常是1～5V，电流范围通常是4～20mA，为什么不从0开始？

这样安排是为了方便判断给定信号是否缺失。

如果给定信号从0开始，我们测量给定信号为0V或0mA时，将不能判断当前信号确实为0，还是信号回路出现故障导致信号缺失。

如果给定信号从1V或4mA开始，我们测量给定信号为0V或0mA时，就能准确判断信号回路已经出现故障，应该及时解决处理。

2.有一拖动系统，要求模拟量电流给定信号为4～20mA时，变频器输出频率为50～0Hz，如何设置参数？

根据用户要求，作出频率给定线如图1所示。

（1）选用富士G11S变频器

将功能码F01“频率设定”预置为2，则频率给定信号范围为4～20mA。

将功能码F17“频率设定信号增益”预置为0，使给定信号为20mA时对应的频率为0Hz。频率增益调整的是频率给定线的终点，而20mA电流信号对应的就是频率给定线的终点。

将功能码F18“频率偏置”预置为62.5Hz，则0mA时的对应频率fBI为62.5Hz，4mA时对应频率就是50Hz。偏置频率调整的是频率给定线的起点，而0mA电流信号对应的就是频率给定线的起点。

（2）选用博世力士乐CVF-G3系列变频器

将功能码b-1“频率输入通道选择”预置为4，则给定信号从端子II输入，电流信号输入范围为0～20mA；

将功能码L-43“最小模拟输入电流”预置为4mA，把功能码b-1确定的电流输入范围修改为4～20mA；

将功能码L-49“输入下限对应设定频率”预置为50，则与4mA输入对应的频率为50Hz；

将功能码L-50“输入上限对应设定频率”预置为0，则与20mA输入对应的频率为0Hz。

以上设定可见，博世力士乐CVF-G3变频器采用直接设定输入给定信号上下限对应的频率来确定频率给定线，与富士G11S变频器采用频率偏置、频率增益功能码设定频率给定线的方法有所不同，但它们具有异曲同工之效，都能满足系统的运行需求。

3.某测量传感器的输出信号为2～8V，使用该电压信号控制变频器的输出频率，要求变频器的对应频率是0～50Hz，如何设置参数？

下面以选用富士G11S系列变频器为例，介绍相关参数的设置方法。

功能码F01“频率设定”预置为1，确定输出频率由0～+10V的电压信号调整；

功能码F03“最高输出频率”预置为50Hz。

以上两个参数的设置确定了基本频率给定线如图2中的曲线2。

根据问题的要求，当给定信号X=2V时，频率fx=0Hz，如图2中的A点；当给定信号X=8V时，频率fx=50Hz，如图2中的B点。直线AB就是所需的频率给定线。要想设置这条频率给定线，可以使用偏置频率和频率增益的功能。

给定信号X=0时的对应频率称为偏置频率，用fBI表示，在图2中，直线BA延长与纵轴相交于D点，则D点对应的频率便是偏置频率，经过计算得出：fBI=-16.7Hz，将富士G11S系列变频器的功能码F18“偏置频率”预置为-16.7Hz。

将参数F01设定的最大给定信号（+10V）对应的频率定义为最大给定频率，即图2中C点对应的频率fxm，则最大给定频率与最高频率之比定义的频率增益G%，经过计算为133%。将富士G11S系列变频器的功能码F17“频率增益”预置为133%。

经过以上相关参数的设置，就能满足系统的控制要求了。

4.为什么变频起动能减小起动电流？

工频起动时，电动机一接上工频电源，旋转磁场即以额定同步转速旋转，而电动机转子尚处于静止状态，转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，所以感应电动势和感应电流都很大，定子电流可达额定电流的5～7倍。变频起动时，起动瞬间变频器的输出频率很低，之后从较低频率开始，按预置的加速时间逐渐上升，这样旋转磁场的转速以及转子绕组与旋转磁场的相对速度也都很低，所以起动电流很小，一般可控制在额定电流上下。

5.变频器接收到起动指令后电动机不转动，或一加负载就停机是何原因？如何处理？

变频器接收到起动指令后电动机不转动，原因可能是变频器的电源主回路没有接通，这时变频起动柜上的电源指示灯点亮，给人一种错觉。应重点检查给变频器送电的断路器、熔断器和接线端子等，发现缺陷给以处理。该故障也可能是二次控制回路未按说明书要求接线，应该认真检查并给以纠正。

电动机能空载运行，但一加上负载就停机，这种故障是电源缺相造成的，例如有一只熔断器熔断所致。变频器的输入缺相时，整流桥仍然有直流电压输出，电动机空载时，变频器的逆变部分可以工作，电动机可以旋转；但带上负载后，逆变部分的工作电流明显增大，直流电压迅速下降，变频器因欠电压而保护停机。这种故障只要更换熔断器解决电源缺相就可以了。

麻省理工学院的量子传感器可检测任何频率的电磁信号

凭借检测磁场或电场中最微小变化的能力，量子传感器已经实现了材料科学和基础物理学的精确测量。然而，这些传感器的用途有限，因为它们只能够检测这些场的少数特定频率。现在，麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法，使这种传感器能够检测任何任意的频率，同时不损失其测量纳米级特征的能力。

研究生王国庆、核科学与工程和物理学教授Paola Cappellaro以及麻省理工学院和林肯实验室的其他四人在《Physical Review X》杂志上发表的一篇论文中描述了这种新方法。该团队已经为这种新方法申请了专利保护。

尽管量子传感器可以有多种形式，但就其本质而言，它们是一些粒子处于微妙平衡状态的系统，它们甚至会受到它们所接触的场的微小变化的影响。这些可以采取中性原子、被困离子和固态自旋的形式，而使用这种传感器的研究已经迅速增长。例如，物理学家用它们来研究奇异的物质状态，包括所谓的时间晶体和拓扑相，而其他科学家则用它们来描述实用设备，如实验性量子存储器或计算设备。然而，许多其他感兴趣的现象所跨越的频率范围比今天的量子传感器所能检测到的要宽得多。

该团队设计的新系统，他们称之为量子混合器，使用一束微波向探测器注入第二个频率。这将被研究的场的频率转换为不同的频率--原始频率和新增信号的频率之差--该频率被调整为探测器最敏感的特定频率。这个简单的过程使检测器能够对任何所需的频率进行调整，而不会损失传感器的纳米级空间分辨率。

在他们的实验中，该团队使用了一个基于钻石中氮空穴中心阵列的特定装置，这是一个广泛使用的量子传感系统，并成功地展示了使用频率为2.2千兆赫的量子比特探测器对频率为150兆赫的信号的检测--如果没有量子复用器，这种检测是不可能的。然后他们对这一过程做了详细的分析，根据弗洛凯理论推导出一个理论框架，并在一系列实验中测试该理论的数值预测。

王国庆说，虽然他们的测试使用了这个特定的系统，但 “同样的原理也可以应用于任何种类的传感器或量子设备”。该系统将是自成一体的，检测器和第二频率的来源都被封装在一个装置中。

王国庆说，这个系统可以被用来，例如，详细地表征一个微波天线的性能。他说：“它可以用纳米级的分辨率来描述（天线产生的）场的分布，所以它在这个方向上非常有希望。”

还有其他改变一些量子传感器频率灵敏度的方法，但这些方法需要使用大型设备和强磁场，这些设备和磁场会模糊细微的细节，不可能达到新系统提供的非常高的分辨率。王国庆表示，在今天这样的系统中，“你需要使用强磁场来调整传感器，但这种磁场有可能破坏量子材料的特性，从而影响你想要测量的现象”。

Cappellaro说，该系统可能在生物医学领域开辟新的应用，因为它可以在单细胞水平上获得一系列的电或磁活动频率。她说，使用目前的量子传感系统将很难获得这种信号的有用分辨率。也许可以用这个系统来检测单个神经元对某些刺激的输出信号，例如，这些刺激通常包括大量的噪音，使得这种信号难以分离。

该系统还可用于详细描述外来材料的行为，如正在密集研究其电磁、光学和物理特性的二维材料。

在正在进行的工作中，该团队正在探索寻找扩大系统的可能性，以便能够同时探测一系列的频率，而不是目前系统的单一频率目标。他们还将继续使用林肯实验室更强大的量子传感设备来定义该系统的能力，研究小组的一些成员就在那里。

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