[發明專利]一種軸扭轉變形測試中消除振動噪聲的方法

無效

• 申請號: 201110366691.3
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102494626A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李濤;吉小軍;易海鷗;戴明;嚴康平;王佩君
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0四研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種測量技術，特別涉及一種軸扭轉變形測試中消除振動噪聲的方法。

背景技術

軸扭轉變形可以反映軸材料特性、負載特性及安全性等許多信息，在機械工程中是一項基礎但很關鍵的測試技術，其測試包括靜態和動態測量兩個方面。靜態測量中主要是對材料的扭轉力學性能進行測試；在動態測量方面，能夠間接表征旋轉動力機械設備的扭矩、功率等運行狀況信息從而對設備的動力特性、運行可靠性進行監測和故障診斷。因此軸扭轉變形是各種機械產品開發、質量檢驗、優化控制、工況監測和故障診斷等的重要內容。

實現軸扭轉變形測量需要解決傳感器、能量供給和信號傳輸三方面的問題。目前,國內外研制和開發的傳感器種類很多,從原理上講主要分為應變型、磁彈性型、轉角型等。應變型是目前國內外使用最多的一種扭轉變形傳感器,它采用在旋轉軸表面貼應變片的傳統方法，利用適當的電路取得信號，然后進行分析處理，該類測試系統應用時需要妥善解決在旋轉條件下的可靠供電和信號傳輸問題。磁彈性型和轉角型因對制作、安裝工藝要求高，目前在工業現場還很少獲得應用。

經對現有技術的文獻檢索發現，文獻“轉軸扭角及扭振測試技術研究”（張曉玲;?唐錫寬，清華大學學報(自然科學版)?，1997年?08期??）提出了采用編碼器來測量軸的扭轉角方法。測量由編碼器發出的脈沖時間間隔可以獲得在裝置編碼器軸斷面處的角速度。比較軸兩端斷面的角速度，可得到扭轉角速度和其它有關扭角和扭振信息。該文獻提出了一種軸扭轉變形測試的技術方案，但沒有涉及因軸系旋轉而引起振動噪聲的處理問題。

經對現有技術的文獻檢索發現，文獻“基于希爾伯特變換的扭振測量方法及其在齒輪故障診斷中的應用”（孫良環??太原理工大學碩士論文，?2005?）提出了應用高精度光電編碼器測取扭振信號，當扭振發生時，由于扭振信號對編碼器輸出的脈沖信號進行了頻率調制而產生疏密變化，用希爾伯特變換對此信號進行解調就能得到扭振信號，并嘗試了利用該扭振測量方法對齒輪進行故障診斷的研究。該文獻側重與對扭振信號的測試和分析，沒有涉及扭轉變形與振動信號的分離問題。

經對現有技術的文獻檢索發現。專利“用于測量織機搖軸扭振扭角的裝置”（申請號：CN200710023899.9）公開了一種用于測量織機搖軸扭振扭角的裝置，該裝置用于測量并輸出主軸角位移信號、搖軸中部的應變信號，具有分析搖軸的扭轉角度和扭振大小的演算器。可以看出該專利技術主要是采用了編碼器、傾角傳感器和應變橋來測試角位移和應變，從而間接得到轉速、搖軸轉動慣量和搖軸的扭振之間的關系。該專利涉及的對象是角位移而不是軸扭轉變形，也沒有涉及振動噪聲信號的處理問題。

發明內容

本發明是針對軸扭轉變形動態變化性的問題，提出了一種軸扭轉變形測試中消除振動噪聲的方法，消除了振動對測試結果的影響，解決惡劣條件下高速轉軸的扭轉變形的動態實時測量問題，大大提高測量精度。

本發明的技術方案為：一種軸扭轉變形測試中消除振動噪聲的方法，通過在被測軸上沿軸向相距一定長度的位置設置等間距的反射柵，并在正對每個反射柵位置置一組激光光纖傳感器組成一個測試通道，在與這組激光光纖傳感器正交位置設置完全相同的另一組激光光纖傳感器組成另外一個測試通道，工作時通過雙通道同步采集存儲獲取包含轉速和扭轉變形信息，包括相位差在內的原始信號；然后分別對兩路原始信號進行經驗模態分解（EMD），得到包含不同類別信息的各階本征模態函數（IMF），對兩路信號各階本征模態函數（IMF）的相關分析，提取反映特定載荷作用的本征模態函數（IMF），最后對該本征模態函數（IMF）取加權平均得到被測信息即軸扭轉變形。

所述被測軸上沿軸向相距一定長度上設置等間距的反射柵，反射柵由反光和不反光的等寬條紋組成，沿圓周均勻排列。

所述對同步采集存儲的兩路原始信號分別進行經驗模態分解（EMD）數據處理，是把一個時間序列的信號分解成若干不同尺度的本征模態函數(IMF)和一個殘余量，各IMF?反映了信號的局部特性,殘余量反映了信號的趨勢或均值，?各IMF?要滿足兩個條件:?第一整個信號中零點數與極點數(包括極大值點和極小值點)相等，至多相差1；?第二信號上任意一點，由局部極大值點確定的包絡線和由局部極小值點確定的包絡線均值均為零，即信號關于時間軸局部對稱。