[發明專利]一種非接觸式直線電機推力波動測量方法

有效

• 申請號: 201711463766.3
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108181036B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 趙靜;趙吉文;田國慶;董菲;王輝;宋俊材
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01L5/12
• 分類號: G01L5/12
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種非接觸式直線電機推力波動測量方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1：在與電機動子運動方向平行的豎直平面中通過投影形成一幅正弦條紋圖像I(x,y)作為目標圖像，所述正弦條紋圖像的條紋方向呈豎直；

以電機動子的運動方向為X軸，以豎直方向為Y軸構建豎直平面中的平面坐標系，所述正弦條紋圖像大小為M₀×N₀，所述正弦條紋圖像I(x,y)在平面坐標系中的表達如(1)：

w為條紋周期，為條紋初始相位，a(x,y)為背景光強，b(x,y)為條紋幅值；x,y為所述正弦條紋圖像的像素坐標，x＝1,2,…M₀；y＝1,2,…N₀；

步驟2：將相機固定設置在電機動子上，相機的光軸垂直于目標圖像所在平面，設置相機放大倍數為k，采圖時間間隔為Δt，電機工作在速度環模式，相機隨電機動子運動，實時采集并保存大小為M×N的序列條紋圖像f_t，其中，t＝0,Δt,2Δt,…,nΔt；

步驟3：對所述序列條紋圖像f_t進行預處理，得到序列整周期單行條紋g_t，利用時間序列分析實時提取所述序列整周期單行條紋的位移信息，所述序列整周期單行條紋的位移信息即為電機動子位移s(t)；

所述對序列條紋圖像f_t進行預處理是按如下方式進行：

對于序列條紋圖像f_t進行ISEF濾波，得到序列濾波后圖像，以提高測量穩定性；

利用Canny算子提取序列濾波后圖像的邊緣特征，相鄰兩個邊緣特征的間距p為半個條紋周期；

對于序列濾波后圖像進行第j行單行抽樣，得到序列單行條紋f_tj，以提高測量實時性；

為了抑制傅里葉變換時的頻譜泄露，在序列單行條紋f_tj上截取長度為2p×q的數據，得到序列整周期單行條紋g_t，其中q為小于M/w的正整數，完成對序列條紋圖像f_t的預處理；

按如下方式獲得直線電機動子位移s(t)：

在t時刻，經預處理后的序列整周期單行條紋g_t定義為如式(2)所示表達的g_t(x)：

γ為條紋對比度，是待求解的與電機動子位移有關的時間相位，對式(2)進行傅里葉變換得到g_t(x)的頻譜Sg_t(ξ)如式(3)：

ξ為頻率，C(ξ)和C^*(ξ)分別+1級和-1級頻譜，*表示復共軛，DC(ξ)是零級低頻背景光頻譜；

對于頻譜Sg_t(ξ)，選取合適的帶通濾波器濾除其中的零級低頻背景光頻譜和-1級頻譜，再進行逆傅里葉變換得到復數信號U_t(x)如式(4)：

U_t(x)＝∫C(ξ)exp(jξx)dξ (4)，

則有：

其中，Im為U_t(x)的虛部，Re為U_t(x)的實部；

則正弦條紋圖像中坐標值為(i,j)的任一點的時間相位ψ(t)表達為：ψ(t)＝φ_t(i)，將電機動子的運動視為剛體平動，則正弦條紋圖像中坐標值為(i,j)的任一點的時間相位ψ(t)即為待求解的與電機動子位移有關的時間相位

由式(6)獲得直線電機動子位移s(t)為：

其中Δu為相機相元尺寸，unwrap表示對包絡相位進行相位展開；

步驟4：根據所述電機動子位移s(t)和時間間隔Δt，結合質量m，獲得電機動子的速度v(t)、加速度a(t)及推力波動F(t)，完成對直線電機推力波動的測量，所述質量m為電機動子、相機和負載的質量。

2.根據權利要求1所述的非接觸式直線電機推力波動測量方法，其特征在于，利用式(7)、式(8)和式(9)計算獲得直線電機動子的速度v(t)、加速度a(t)及推力波動F(t)：

F(t)＝ma(t) (9)。