Metodi per rilevare la velocità di rotazione di un asse

Allo scopo di determinare la velocità di rotazione di un asse, è possibile ricorrere a sistemi meccanici o all'uso di sensori di diverso tipo. Il contagiri meccanico è più adatto ad installazioni di carattere permanente, mentre, per rilevazioni occasionali, risulta più pratico servirsi di opportuni sensori, che possono essere magnetici oppure ottici.
In questa pagina descrivo la realizzazione di un metodo basato su sensore ottico, che richiede di applicare sull'asse rotante una striscia dipinta a settori bianchi e neri. La striscia può essere realizzata, ad esempio, a partire da un comune cartoncino leggero da disegno di colore bianco, ove saranno poi dipinte delle bande nere, avendo l'accortezza di usare un colore opaco (eventuali riflessi possono causare letture errate).
Per misurare il numero di giri al minuto, occorre rilevare la circonferenza CRF dell'asse; si ritaglia quindi dal cartoncino una striscia larga circa 5 cm (figura 1), di lunghezza pari alla CRF, più alcuni centimetri (area in colore giallo) che serviranno come area di sovrapposizione nel momento in cui sarà applicata sull'asse. La misura della CRF va divisa in sei settori: in ciascuno di questi settori dovrà essere dipinta una striscia nera, che potrà essere larga quanto metà dell'intero settore, o anche meno.
Il motivo per cui occorre disegnare sei bande nere è il seguente: se un asse fa n' giri al minuto, in un secondo farà n'/60 giri; ad ogni giro dell'asse, il nostro lettore ottico rileverà 6 impulsi, pertanto, contando gli impulsi totalizzati in 10 secondi, si ottiene il valore n'/ 60 x 6 x 10, ovvero il valore dei giri al minuto.
In questo modo è possibile ottenere il valore esatto ogni 10 secondi, mentre, se avessimo utilizzato un solo settore per giro, sarebbe stato necessario attendere 60 secondi.
Vediamo adesso come rilevare il passaggio dei settori neri.

Il sensore ottico che rileva la rotazione

Per rilevare il passaggio dei settori neri della striscia occorre realizzare il semplice sensore illustrato in figura 2. Il diodo IR, alimentato attraverso la resistenza R1, emette una radiazione infrarossa, illuminando la striscia che scorre davanti al sensore; il fototransistor FTR riceve la radiazione riflessa. Il passaggio dei settori bianchi e neri dà origine ad un segnale, simile ad un'onda quadra, che, attraverso le resistenze R2 ed R3, va a pilotare il transistor T1. Il condensatore C1 filtra eventuali disturbi e transienti, per evitare conteggi errati. L'uscita del segnale è disponibile ai capi di R4, in corrispondenza dell'emettitore di T1. Il circuito può essere alimentato a 5 V.
Valore dei componenti:
IR = diodo emettitore infrarosso
IR = foto transistor per infrarosso
R1 = 220Ω
R2 = R3 = 100kΩ
R4 = 470Ω
C1 = 470 pF
T1 = transistor npn tipo BC547

Terminato il montaggio su di un'opportuna piastrina, il tutto va montato all'interno di un contenitore, per esempio un tubo di metallo o di plastica a sezione rettangolare 20 x 15 mm (figura 3). Naturalmente, il diodo emettitore ed il fototransistor devono risultare montati sulla faccia anteriore, davanti alla quale scorrerà la striscia a settori bianchi e neri.
Dal contenitore uscirà un cavo schermato; la calza farà da collegamento comune, mentre l'alimentazione sarà fornita attraverso il cavetto rosso ed il segnale sarà prelevato sul cavetto bianco.

Come detto all'inizio, il segnale ricavato dal fotolettore deve essere inviato ad un frequenzimetro (counter) con base dei tempi settata su 10 secondi: in tal modo si leggeranno esattamente i giri al minuto, con valore aggiornato ogni 10 sec.