[發明專利]一種轉子軸向位移、徑向振動位移及轉速的集成測量方法

有效

• 申請號: 201910423930.0
• 申請日: 2019-05-21
• 公開（公告）號: CN110608673B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 朱永生;袁倩倩;閆柯;康偉;洪軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01P3/486
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

一種轉子軸向位移、徑向振動位移及轉速的集成測量方法，包括以下步驟：(1)在待測轉子非工作表面上激光刻槽，槽一圈展開圖為“八”字型，刻槽沒有布滿整個待測轉子的一周，而是預留有接口區；(2)在垂直于待測轉子軸線的平面上布置兩個相互垂直位移傳感器，兩個位移傳感器在經過待測轉子非工作表面時，輸出一系列位移信號；(3)根據兩個位移傳感器輸出信號到處理單元，進行信號分離、邊緣檢測及結果計算模塊，同時得到待測轉子的軸向位移、徑向振動位移、轉速；本發明能夠解決轉子空間受限，傳感器使用過多，集成度不高，安裝調試不便的問題。

技術領域

本發明涉及振動或位移測量技術領域，特別涉及一種轉子軸向位移、徑向振動位移及轉速的集成測量方法。

背景技術

轉子的軸向位移是判斷轉子運行狀態的重要指標之一。例如航空發動機、汽輪機等重大裝備領域，大型轉子系統的軸向竄動、軸向脹差等會引發轉/靜件軸向接觸與摩擦，是影響轉子運行性能、誘發故障的主要因素；在高精機床等智能制造領域，電磁軸承-轉子系統中磁力軸承需要準確的軸向位移反饋控制轉子運動，否則會導致轉子不穩定，嚴重時會出現電磁軸承-轉子系統故障；智能滾軸承轉子系統的在線服役調控技術中，轉子軸承系統的軸向位移用于反映軸承內部載荷及預緊狀態，并用于轉子系統剛度調控、壽命評估和狀態控制。

目前大多數轉子軸向位移通過在軸向安裝傳感器直接測量，隨著旋轉機械的發展，轉子系統集成度不斷提高，傳感器的安裝空間被進一步壓縮，需要徑向測量轉子的軸向位移。關于轉子軸向位移的徑向測量的研究，山東大學的李紅偉、邊忠國通過在待測轉子上加工臺階面，利用電渦流效應，提出了利用徑向布置電渦流傳感器測量磁懸浮軸承轉子軸向位移的方法。專利US20090052825A1使用金屬或磁性材料制作而成的編碼盤固定在轉子上，條碼在圓盤表面均勻分布，而且形狀為“V”字形，隨轉子一起旋轉。傳感器采用霍爾傳感器或渦流傳感器。以上兩方案均要求轉子的運動不能超出傳感器線圈探頭的作用范圍，因此測量范圍有限。并且傳感器需要準確地軸向安裝位置，給安裝傳感器帶來了不便。同時，還需要增加傳感器的數量，增加了測量系統的成本。

專利201611145601.7通過固定在待測轉子外的標準測量條碼以及徑向布置的光電傳感器測量轉動軸的軸向位移(如圖1)。標準測量條碼采用兩種不同反射率材料形成特定規律條碼，粘貼在轉子表面上隨轉子一起轉動，光電傳感器對準轉子中心每隔90°布置。測量采用四個傳感器，安裝調試不便，并且需要更大的安裝空間，無法實現轉子徑向振動位移測量。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供了一種轉子軸向位移、徑向振動位移及轉速的集成測量方法，能夠解決轉子空間受限，傳感器使用過多，集成度不高，安裝調試不便的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種轉子軸向位移、徑向振動位移及轉速的集成測量方法，包括以下步驟：

(1)在待測轉子1非工作表面上激光刻槽1a、1b，槽1a為小于 90度槽；槽1b為大于90度槽；槽本身的形狀為平行四邊形，所述待測轉子1非工作表面刻槽一圈展開圖為“八”字型，刻槽沒有布滿整個待測轉子1的一周，而是預留有接口區。

(2)在垂直于待測轉子軸線的平面上布置兩個相互垂直的位移傳感器2a、2b，兩個位移傳感器2a、2b在經過待測轉子1非工作表面時，輸出位移信號。

(3)將兩個位移傳感器輸出的位移信號傳輸到處理單元3，進行信號分離、邊緣檢測及結果計算，同時得到待測轉子1的軸向位移、徑向振動位移和轉速。

所述的步驟(3)具體為：讓2個位移傳感器2a、2b的中心與待測轉子1的軸心重合；當待測轉子1繞其軸線旋轉時，位移傳感器 2a、2b輸出一系列振動信號，然后將信號分離，分離出一個方波信號及一個震動信號，由方波信號求出轉子軸向位移，轉子轉速；

轉子轉過時間t的弧長，由幾何關系可知：