[發(fā)明專利]基于磁懸浮技術(shù)的轉(zhuǎn)子模態(tài)頻率及模態(tài)振型在線測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710405863.0
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107271126B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓邦成;陳玉林;鄭世強(qiáng);趙遠(yuǎn)洋;于洋澤;賀贊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

1.一種基于磁懸浮技術(shù)的轉(zhuǎn)子模態(tài)頻率及模態(tài)振型在線測試裝置，其特征在于：包括磁懸浮控制系統(tǒng)、磁懸浮轉(zhuǎn)子、振動檢測單元、磁懸浮系統(tǒng)框架、信號采集模塊、信號分析處理模塊以及人機(jī)交互模塊；所述磁懸浮控制系統(tǒng)由電流環(huán)和位置環(huán)組成；電流環(huán)由電流環(huán)控制器、功率放大裝置、電流檢測單元和磁軸承線圈構(gòu)成；位置環(huán)由磁軸承控制器、位置檢測單元構(gòu)成；轉(zhuǎn)子模態(tài)可以在轉(zhuǎn)子起伏瞬間被激起也可以在轉(zhuǎn)子起伏后人工施加沖擊力激起；信號分析處理模塊由譜分析單元以及模態(tài)振型識別和繪制單元組成；磁懸浮機(jī)系統(tǒng)框架包含兩個(gè)徑向磁軸承，指定任意一個(gè)磁軸承所處的一端為A端，B端為另外一端；振動傳感器感知轉(zhuǎn)子振動信號后；經(jīng)信號處理模塊進(jìn)行放大和濾波處理后，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和并由Labview對采集信號進(jìn)行保存，并實(shí)時(shí)進(jìn)行快速傅里葉變換，求得信號的頻率密度譜函數(shù)值；經(jīng)過模態(tài)識別將轉(zhuǎn)子的各階彈性模態(tài)頻率以數(shù)字的形式顯示到Labview前面板并將計(jì)算得到的頻譜圖和一階模態(tài)陣型圖顯示到Labview前面板上；

該裝置不僅僅能夠識別出轉(zhuǎn)子彈性模態(tài)頻率更能識別出一階彈性模態(tài)振型，通過16路加速度傳感器分布到轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子模態(tài)被激起后同時(shí)測量16路傳感器振動信號并對16路信號同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過fft分析出各階模態(tài)后，識別出各振動傳感器一階模態(tài)頻率，并經(jīng)過模態(tài)的幅值識別，相位識別，再輸入傳感器位置信息，即可繪制出轉(zhuǎn)子一階模態(tài)振型圖；

所述振動檢測單元由振動傳感器、調(diào)偏電路、放大電路和抗混疊濾波電路組成；振動傳感器將磁懸浮系統(tǒng)轉(zhuǎn)子的振動信息轉(zhuǎn)換為電壓信號，調(diào)偏電路和放大電路調(diào)整電壓信號的范圍以適合模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸入范圍，抗混疊濾波電路濾除調(diào)整后的電壓信號的高頻噪聲，防止數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)的頻譜混疊；振動傳感器輸出信號經(jīng)調(diào)偏、放大和濾波處理，即可被數(shù)據(jù)采集卡識別，安全可靠，電路簡單高效；

針對該裝置傳感器表貼位置，16路振動傳感器進(jìn)行兩次分布測量，第一次進(jìn)行均勻式分布，能大體估計(jì)出一階模態(tài)振型節(jié)點(diǎn)，在第一次測量基礎(chǔ)上，將16路傳感器非均勻式地分布在轉(zhuǎn)子上，主要分布在一階模態(tài)節(jié)點(diǎn)量測，重復(fù)測量可得到精確的模態(tài)節(jié)點(diǎn)位置；在模態(tài)振型繪制時(shí)根據(jù)傳感器振型分布方式進(jìn)行繪制模式選擇，能精確繪制出轉(zhuǎn)子模態(tài)振型；

針對計(jì)算、分析和顯示模塊，采用Labview圖形化編程，數(shù)據(jù)采集卡對傳感器的采集信號進(jìn)行采集，labview程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析處理，配合人機(jī)交互界面，可方便快捷地輸出轉(zhuǎn)子模態(tài)頻率值并繪制出頻譜圖和模態(tài)振型圖；

數(shù)據(jù)處理模塊基本流程如下：

將數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)放置x_(t)中，前面板選擇的采集頻率為f_s，采樣時(shí)間為τ；首先對x_(t)進(jìn)行低通濾波LPF，剔除異常采樣值，然后將x_(t)進(jìn)行FFT運(yùn)算得到X_(k)，

有X_(k)＝FFT(x_(t))；令d_(k)＝X_(k)-X_(k-1)；k＞1

當(dāng)d_(k)＞a；記

當(dāng)d_(k)＜-a；記

將數(shù)組k_b(k)和k_e(k)按照k的大小排序得到k_n；剔除異常的k值；

求取Δk_n＝k_n-k_n-1；若Δk_n＞b；記錄k_n值并保留在數(shù)組k_max中，根據(jù)k_max將k_n分段，求出每一段k_n中的maxX_(k)，并將其對應(yīng)的k值記為k_f；

可得模態(tài)頻率采樣時(shí)間為τ；

在1至16路信號求得X_nmax后，根據(jù)模態(tài)振型繪制模式選擇開關(guān)選擇計(jì)算模式；

當(dāng)開關(guān)為0時(shí)，將X_1max,X_2max,…,X_16max分成X_1max,X_2max,…,X_8max和X_9max,X_10max,…,X_16max兩塊，求取兩部分Min(X_nmax)對應(yīng)的k值，分別為k_min1和k_min2；

當(dāng)k_min1＜k＜k_min2時(shí)，X_kmax反向；k＝1，2，…，16，構(gòu)建出模態(tài)振型數(shù)組，并讀取振動傳感器位置信息，繪制出一階模態(tài)振型圖；

當(dāng)開關(guān)為1時(shí)，求取X_nmax最小值對應(yīng)的k值為k_min，當(dāng)k_min＜k時(shí)，X_kmax反向；k＝1，2，…，16，構(gòu)建出模態(tài)振型數(shù)組，并結(jié)合振動傳感器位置信息，繪制出一階模態(tài)振型圖；

x_(t)：采樣值；

X_(k)：fft后的頻譜密度函數(shù)值；

a：差值限度；

該裝置將磁軸承控制主要框架提取出來，能夠在線測試轉(zhuǎn)子模態(tài)頻率和模態(tài)振型，模態(tài)節(jié)點(diǎn)的求取和模態(tài)振型的繪制；

該裝置基于labview進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和繪圖，可實(shí)時(shí)改變根據(jù)測試情況改變采樣頻率和采樣時(shí)間，保證測量快速高效，人機(jī)交互簡單方便；

該裝置在接近磁懸浮系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行測試，提高了轉(zhuǎn)子模態(tài)頻率和振型的測量精度。