[發(fā)明專利]一種基于扭擺曲線尋找周期值的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010129218.9
• 申請(qǐng)日: 2010-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN101782451A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳仁文;高尚;陳亮亮;唐海洋;于莉;雷嫻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M1/10
• 分類號(hào): G01M1/10
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種構(gòu)件扭擺法測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于扭擺曲線尋找周期值的方法。

背景技術(shù)

對(duì)于質(zhì)量和外形形尺寸較大物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量，最常用的是扭擺法，其關(guān)鍵技術(shù)是無阻尼扭擺周期的測(cè)量。扭擺周期的測(cè)量目前國內(nèi)外最常用的是光電計(jì)時(shí)法，這種測(cè)量方法受測(cè)量環(huán)境和被測(cè)件形狀的影響較大，在扭擺過程中系統(tǒng)阻尼較大時(shí)，測(cè)量精度較低。即使利用多次周期平均的計(jì)算方法也不會(huì)減小測(cè)量誤差，而利用振幅阻尼比測(cè)量法可以將誤差減小一個(gè)數(shù)量級(jí)。在振幅阻尼比測(cè)量法中關(guān)鍵在于如何尋找最佳周期值的大小，從而能精確得到扭擺曲線的阻尼比，才能正確計(jì)算出構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有扭擺周期測(cè)試的缺陷，提供一種基于扭擺曲線尋找最佳周期值的方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明基于扭擺曲線尋找周期值的方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：從扭擺構(gòu)件進(jìn)行自由衰減時(shí)開始采集數(shù)據(jù)，同時(shí)當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)波峰后開始記錄數(shù)據(jù)；

步驟二：從經(jīng)過第一個(gè)波峰后，以開始三個(gè)點(diǎn)為起始位置，建立從各自點(diǎn)開始的連續(xù)50個(gè)點(diǎn)的數(shù)組之和分別得到a，b，c，并得到||b-a|-|b-c||；

步驟三：以固定窗口大小50個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)不斷將數(shù)據(jù)隊(duì)列進(jìn)棧和出棧，不斷建立連續(xù)50個(gè)點(diǎn)的數(shù)組之和并更新a，b，c，當(dāng)更新后的||b-a|-|b-c||為最小，則b點(diǎn)為幅值點(diǎn)，而且是該幅值重復(fù)點(diǎn)的第一個(gè)點(diǎn)；

步驟四：將步驟三所述幅值點(diǎn)后挪7個(gè)點(diǎn)則得到了幅值重復(fù)點(diǎn)的中間點(diǎn)，記錄下所述中間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)時(shí)間；

步驟五：通過步驟三得到不同峰值下的幅值對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)時(shí)間，相鄰兩個(gè)橫坐標(biāo)時(shí)間之差即是周期值大小。

步驟二所述三個(gè)點(diǎn)分別為0、50、100。

步驟三中當(dāng)所述更新后a，b，c相等時(shí)，||b-a|-|b-c||為最小。

本發(fā)明方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，能精確得到扭擺曲線的阻尼比，正確計(jì)算出構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小。

附圖說明

圖1是光電計(jì)數(shù)值與計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)的關(guān)系圖。

圖2是扭擺曲線波峰處計(jì)數(shù)值與計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)圖。

圖3是扭擺曲線波峰值計(jì)算軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)說明書附圖并結(jié)合具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1所示，縱坐標(biāo)反映的是計(jì)數(shù)值大小，橫坐標(biāo)計(jì)數(shù)點(diǎn)個(gè)數(shù)。它是振幅隨時(shí)間為不斷衰減的余弦曲線。為了更清楚說明技術(shù)方案，在具體實(shí)施例中，選用光電傳感器提取扭擺信號(hào)，也就是構(gòu)件偏離平衡位置的弧度，并將其轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)電壓信號(hào)，同時(shí)信號(hào)被采樣頻率為500HZ的高速計(jì)數(shù)卡采集到工控機(jī)，凡是能實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)卡達(dá)到500HZ的電路，采集卡，新型功能器件或微處理器都屬于相同功能的等效替代。

圖2所示，由于扭擺系統(tǒng)在振幅最大的時(shí)候波形變化率最小，因此在波峰附近采集到多次重復(fù)值的點(diǎn)，采集重復(fù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)多少這是由采樣頻率決定的。采樣頻率越高，重復(fù)點(diǎn)越多。本系統(tǒng)采用5.464kg的標(biāo)準(zhǔn)件，由該圖可以判斷幅值為288處采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為15，因此窗口大小所取值應(yīng)該大于15才能得到精確的幅值大小，對(duì)于質(zhì)量大小不同的標(biāo)準(zhǔn)件窗口大小是不同的。無論對(duì)于質(zhì)量多少的構(gòu)件，分析極值點(diǎn)附近的重復(fù)點(diǎn)都屬于專利范疇，。

圖3所討論的該極值點(diǎn)的分析情況只適用于當(dāng)前情況，對(duì)于不同幅值之下的幅值附近的極值點(diǎn)的情況是不同，需要將不同的情況下的極值點(diǎn)具體分析。在實(shí)驗(yàn)操作中需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，從而得到對(duì)每個(gè)幅值下的不同情況，進(jìn)而才可以實(shí)時(shí)改變算法，判斷哪個(gè)點(diǎn)為極值的最佳點(diǎn)。具體步驟如下：

步驟一：從構(gòu)件開始進(jìn)行自由衰減開始采集數(shù)據(jù)，同時(shí)判斷第一次極值，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)波峰后開始記錄數(shù)據(jù)。

步驟二：從經(jīng)過一個(gè)波峰后開始記錄數(shù)據(jù)，以開始三個(gè)點(diǎn)為起始位置，建立從各自點(diǎn)開始的計(jì)算連續(xù)50個(gè)點(diǎn)的數(shù)組之和得到a，b，c，并計(jì)算||b-a|-|b-c||。

步驟三：以固定窗口大小50個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)不斷將數(shù)據(jù)隊(duì)列進(jìn)棧和出棧，不斷建立連續(xù)50個(gè)點(diǎn)的數(shù)組之和并更新得到a，b，c，當(dāng)a，b，c三個(gè)值相等時(shí)，此時(shí)||b-a|-|b-c||為最小，則可判斷為幅值點(diǎn)，而且是該幅值重復(fù)點(diǎn)的第一個(gè)點(diǎn)，如圖2。

步驟四：如圖2，可將該點(diǎn)后挪7個(gè)點(diǎn)則得到了幅值重復(fù)點(diǎn)的中間點(diǎn)，也是幅值的最佳點(diǎn)，此時(shí)記錄下該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)時(shí)間。

步驟五：通過步驟三可以得到不同峰值下的幅值對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)時(shí)間，相鄰兩個(gè)橫坐標(biāo)時(shí)間之差即是周期值大小。