[發明專利]扭振轉速測量裝置和方法

無效

• 申請號: 200910001119.X
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN101509930A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 王紹德
• 申請（專利權）人: 王紹德
• 主分類號: G01P3/481
• 分類號: G01P3/481;G01H1/10
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司
• 代理人: 曲 鵬

技術領域

本發明涉及一種轉速測量裝置和方法，特別是一種扭振轉速測量裝置和方法。

背景技術

目前，現有技術的轉速測量通常是在大軸上安裝測速齒輪，通過測量裝置的采集、計數和計算，最終獲得大軸的轉速?，F有技術轉速測量裝置包括齒輪測速探頭、隔直分壓濾波模塊、放大整形模塊、計數器模塊、定時器模塊和顯示模塊，當大軸旋轉時，齒輪測速探頭輸出轉速信號(類似正弦波或方波)，該轉速信號經過隔直分壓濾波模塊和放大整形模塊進行直流隔離、分壓、濾波、放大和整形后，得到標準脈沖信號，通過定時器模塊設定數據采樣周期，計數器模塊對標準脈沖信號進行周期性計數即可以計算得到標準脈沖信號的頻率，根據此頻率及測速齒輪的齒數，即可計算出大軸在每個數據采樣周期內的平均轉速。

假設安裝在大軸上的測速齒輪每周有M齒(即齒數為M齒/轉)，在數據采樣周期T秒內標準脈沖信號的脈沖數為S，則轉速信號的頻率fi為：fi＝S/T(Hz)，則大軸在數據采樣周期T秒內的平均轉速為S/T/M＝fi/M(轉/秒)。

當測速齒輪的齒數足夠多時，現有技術轉速測量裝置可以保證轉速的測量精度，但用于測量大軸的扭振或搖擺(微小波動)時，現有技術轉速測量裝置的測量精度則無法滿足要求。

例如，假設測速齒輪的齒數為60齒/轉，大軸轉速為50轉/秒，采樣頻率取100Hz，即數據采樣周期取0.01秒。采用現有技術轉速測量裝置測量時，每個數據采樣周期內計數器模塊的計數值為50轉/秒×60齒/轉×0.01秒＝30齒，測量時計數器模塊可能的誤差為±1齒，因此測量相對誤差在±1/30＝±3.3％左右。實際上，扭振或搖擺的頻率通常為30Hz左右，幅度約為1％，因此，現有技術±3.3％左右的測量相對誤差在測量1％以下的扭振或搖擺時測量精度差，甚至無法辨識。

雖然現有技術可以通過增加測速齒輪齒數的方法提高測量精度，但這種做法不僅十分費事，而且成千上萬倍地增加測速齒輪齒數也是難以實現的。

發明內容

本發明的目的是提供一種扭振轉速測量裝置和方法，不僅可以測量多個頻率的扭振轉速，而且測量精度高。

為了實現上述目的，本發明提供了一種扭振轉速測量裝置，包括依次連接的齒輪測速探頭、隔直分壓濾波模塊和放大整形模塊，輸出標準脈沖信號的放大整形模塊與扭振處理模塊連接，所述扭振處理模塊包括將所述標準脈沖信號的頻率提高N倍并輸出高頻脈沖信號的鎖相環N倍頻單元和根據所述高頻脈沖信號獲得扭振轉速的扭振處理單元。

所述扭振處理模塊還包括設置在所述鎖相環N倍頻單元與扭振處理單元之間的光傳輸單元，所述光傳輸單元包括依次連接的電光轉換單元、光纖傳輸單元和光電轉換單元。

所述扭振處理單元包括依次連接的DSP單元、接口單元和計算單元。進一步地，所述DSP單元包括依次連接的脈沖計數單元、轉速計算單元和波動轉速單元，所述脈沖計數單元還連接有定時單元，所述波動轉速單元還連接有帶通濾波單元或FFT處理單元。

所述放大整形模塊與扭振處理模塊之間還設置有通過電氣隔離以提高抗干擾性能的光電隔離模塊。

所述扭振處理單元包括依次連接的放大單元、低通濾波單元、特征噪聲阻塞單元和帶通濾波單元，所述放大單元與鎖相環N倍頻單元中的低通濾波單元的輸出端連接。

在上述技術方案基礎上，所述鎖相環N倍頻單元包括鑒相單元、低通濾波單元、壓控振蕩單元和N倍分頻單元，所述鑒相單元的一個輸入端與光電隔離模塊連接，另一個輸入端與N倍分頻單元的輸出端連接，低通濾波單元與鑒相單元的輸出端連接，壓控振蕩單元與低通濾波單元連接，N倍分頻單元的輸入端與壓控振蕩單元連接，輸出端與鑒相單元的另一個輸入端連接。進一步地，所述N倍分頻單元中的倍頻倍數N為1500～8000。

為了實現上述目的，本發明還提供了一種扭振轉速測量方法，包括：

步驟1、探測大軸旋轉并獲得轉速信號；

步驟2、對所述轉速信號進行直流隔離、分壓、濾波、放大和整形處理，獲得標準脈沖信號；

步驟3、對所述標準脈沖信號進行1500～8000倍的倍頻處理，獲得高頻脈沖信號；

步驟4、對所述高頻脈沖信號進行處理，獲得扭振轉速。

所述步驟4包括：

步驟41、對所述高頻脈沖信號進行周期性計數，得到采樣周期內的平均轉速；

步驟42、計算所述平均轉速與額定轉速的差，得到轉速在額定轉速附近的波動轉速；