[發明專利]一種基于超聲波縱波監測的轉速測量方法

在審

• 申請號: 201410471776.1
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104215793A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 趙嘉坤;刁建宏;劉江;田園
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第六研究院二一○所
• 主分類號: G01P3/64
• 分類號: G01P3/64
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明屬于轉速監測裝置，涉及超聲波探測技術及DSP的信號處理方法。

背景技術

在工業生產及人類生活中，存在著各種各樣的旋轉體，其自身的旋轉速度被人們所關心。例如：發動機馬達的轉子轉動速度直接影響到所帶動系統的工作速度；渦輪式抽水機的渦輪轉速與抽水機的抽水速度有關；動強度試驗中，旋轉物體本身的速度變化間接的反映了向心力的大小。運動物體轉速與人們的生產、生活有很大的聯系。如何準確地測試出轉速是一個問題。為了解決這個問題，人們研究出了各種各樣的傳感器。

現階段，工程技術人員測試轉速的方法雖然千差萬別，但是，其測量時的一個顯著特點是，通過監測運動物體的某個特征部位或者多個特定點的時間，進而運用數學公式換算出轉速。

比如利用光學漫反射原理進行轉速測量：當物體進入傳感器上方時，探頭會收到物體所發出漫反射光，而確定旋轉體的特征部位的轉速，其優點是非接觸，缺點是測試距離比較近并且容易受到可見光及其它光源的干擾；收發式光學探頭雖然克服了信號易被干擾的因素，但是卻在安裝的過程中需要安裝一收一發兩個部位，安裝成倍較高，安裝難度較大；電磁式的傳感器雖然反映靈敏，但是卻受到自身因素的影響，要求測試對象是金屬材料，并且必須距離測試體較近，一般不會超過10厘米；接觸測量的傳感器有旋轉編碼器，其機理是和測試對象進行同軸連接后，通過記錄內部遮光片的通過時間而測算出轉速，該方法的優點是測試準確，精度高，外界影響對其影響較小，缺點是安裝困難，在很多時候幾乎是不太可能安裝到旋轉軸上，并且體積相對會較大，價格一般比較昂貴。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種運用超聲波傳感器進行轉速測量的方法。超聲波傳感器擁有高響應的特點，工作時頻率可達到2000赫茲以上。基于超聲波原理的傳感器在進行測量時，傳感器與被測物體采用非接觸式測量，測試距離可保持2厘米至十幾米。測試過程中，超聲波傳感器不受低頻率機械震動的影響，也不會受到光及電磁輻射的干擾，擁有很強的抗干擾能力，同時由于其造價低廉、易于安裝，非常適合在工業生產現場使用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

1)在旋轉體上確定特征部位，使得超聲波探頭置于特征部位下方時，隨著旋轉體的轉動，超聲波探頭上方會均勻的交替出現被旋轉體遮擋和不遮擋的狀態；測量相鄰特征部位之間的角度差Θ△，若旋轉體只有一個特征部位，則角度差Θ△取360度；

2)向旋轉體發射超聲波；

3)超聲波探頭記錄當前狀態下是否接收到特征部位的回波，以回波從有到無或從無到有的時刻作為時間記錄節點，得到相鄰特征部位到來的時間差t；

4)計算旋轉體的轉速Vr＝Θ△/(t×360)。

所述的步驟3)中，特征部位為超聲波探頭上方的遮擋物時，以回波從無到有的狀態起點為時間記錄節點；特征部位為超聲波探頭上方的非遮擋物時，以回波從有到無的狀態起點為時間記錄節點。

所述的步驟3)中，記錄n次特征部位到來的時間差并取均值，作為步驟4)計算所需的時間差t。n一般取值為3～5。

本發明的有益效果是：采用超聲波探頭的手段實現了工業現場測量旋轉物體的轉速問題，安裝簡易，可靠性高，抗干擾能力強，成本低廉。

附圖說明

圖1是本發明的原理示意圖；

圖中，1-旋轉體的特征部位；2-超聲波探頭；3-傳感器連接線；4-數據處理器；5-傳感器固定架。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

圖1為測試方案的結構構成圖，測試過程中，首先要確定旋轉體的特征部位1，即該部位是超聲波探頭2上方沒有遮擋時的狀態或者是旋轉臂經過時的狀態，該旋轉體的特征部位一旦確定后，在測量的過程中不可更改。如系統中存在多個特征部位，則在計算轉速的過程中應按照獨立間隔之間的角度差來計算轉速。在轉速的測量中，首先當旋轉體的特征部位經過超聲波探頭2的上方時，超聲波探頭將該信號捕獲并通過傳感器連接線3傳輸至數據處理器4，此時為特征部位到達時刻。數據處理器可以單個特征部位到達時刻間隔為數據處理依據，也可以多次特征部位到達時刻的間隔為處理依據，前者在測試過程中響應速度較快，而后者測試精度更高。數據處理器一般為電腦或者為一些其他處理芯片均可。