專利名稱：現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀的軟同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采樣和處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀的拾振器采樣的信號(hào)是一種因轉(zhuǎn)子不平衡而引起的周期性的受迫振動(dòng)信號(hào)，振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，其中夾雜著眾多的其他非周期性信號(hào)和其它頻率的周期信號(hào)。為了濾除這些非周期性信號(hào)和對(duì)周期信號(hào)作諧波分析，通常需要采樣較多圈數(shù)的數(shù)據(jù)，如設(shè)定為NB周(30≤NB≤80)，每周等間隔地采樣NA點(diǎn)(60≤NA≤400)，而后對(duì)NB周數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)求均值，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)樣本。這里都要求NB周內(nèi)，每周對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的相位應(yīng)該相同。否則，若將不同相位的數(shù)據(jù)求平均，必將引入很大的相位和幅值的誤差。綜觀現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外的動(dòng)平衡儀，其相位誤差都有較大的誤差，其根本原因就是沒有解決好對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同步問題。解決采樣同步問題的通常方法有1.硬同步方法。用高精度(0.5μs級(jí))的硬件定時(shí)器定時(shí)采樣。此方法定時(shí)精度較高，如果轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定，其采樣結(jié)果前后周的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同步誤差可以做到較小，但是存在的問題是1)由于前后要采樣NB周，這期間轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不可能是恒定的，定時(shí)采樣所得結(jié)果各周數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)是不可能相同的，所以無法解決高精度同步問題。此外，即使轉(zhuǎn)速恒定，由于時(shí)間分辨率的問題，前后周采樣點(diǎn)數(shù)也可能有2個(gè)點(diǎn)的誤差。這對(duì)于高速轉(zhuǎn)子也會(huì)造成較大的同步誤差。
2)增加了高精度定時(shí)器的硬件投入。
2.軟件定時(shí)采樣法。用開發(fā)平臺(tái)軟件系統(tǒng)提供的時(shí)間控件定時(shí)采樣。其特點(diǎn)是節(jié)約了投資，但是問題與硬件同步方法一樣存在，而且由于時(shí)間分辨率低，還會(huì)引入更大的誤差。
3.固定點(diǎn)數(shù)采樣法。其做法是，事先統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，計(jì)算好每周的采樣點(diǎn)數(shù)，然后，按這個(gè)點(diǎn)數(shù)連續(xù)采樣NB周。這要求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要非常穩(wěn)定，這顯然也是不現(xiàn)實(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)行采樣點(diǎn)同步方法的不足，在不增加成本的基礎(chǔ)上，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的嚴(yán)格同步，以達(dá)到提高動(dòng)平衡測(cè)試精度的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下(1)軟延時(shí)產(chǎn)生采樣時(shí)間基準(zhǔn) 讓程序空循環(huán)設(shè)定的次數(shù)產(chǎn)生時(shí)間分辨率為微秒級(jí)的時(shí)間基準(zhǔn)，作為采樣周期。本發(fā)明對(duì)采樣周期沒有嚴(yán)格的要求，所以軟延時(shí)產(chǎn)生的采樣周期，其精度是完全能滿足要求的。
(2)由接近開關(guān)作相位基準(zhǔn)發(fā)生器轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)相位基準(zhǔn)信號(hào)。
(3)按給定的采樣周期，連續(xù)采樣振動(dòng)信號(hào)和相位基準(zhǔn)信號(hào)，共采樣設(shè)定的N個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，N比設(shè)定的NB周數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)總和稍大一些(比如1.1倍)，即N個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)包含了NB周數(shù)據(jù)，每周的點(diǎn)數(shù)可能不同，點(diǎn)間隔也可能不同。
(4)把N個(gè)點(diǎn)分解成NB周數(shù)據(jù)這N個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)都的包含著振動(dòng)信號(hào)和相位基準(zhǔn)信號(hào)，有些點(diǎn)上相位基準(zhǔn)信號(hào)為“O”，有些點(diǎn)上相位基準(zhǔn)信號(hào)為“I”，相鄰兩個(gè)相位基準(zhǔn)號(hào)為“1”的一段數(shù)據(jù)，稱為一周數(shù)據(jù)。由此對(duì)于N個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計(jì)得到NB周數(shù)據(jù)。這時(shí)，每周的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)是完全可能不同的。
(5)曲線擬合插值對(duì)NB周數(shù)據(jù)分別作曲線擬合，得到曲線的表達(dá)式。而后在所得到的NB個(gè)曲線表達(dá)式中，每條曲線都等分插值得到NA個(gè)點(diǎn)，得到我們所需要的各周數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)完全同步的2維數(shù)組X(i，j)，i＝1，2.....NB；j＝1，2.....NA。曲線擬合原理及算法見實(shí)施例2。
(6)各周對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)據(jù)求均值把擬合插值得到的相位嚴(yán)格同步的各周數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)求均值，X(i)‾=1NBΣj=1NBX(i,j),i=1,2.....NA.]]>由此得到一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)數(shù)據(jù)樣本X(i)，后續(xù)的不平衡量值和不平衡相位的求解都以X(i)為數(shù)據(jù)源。
本發(fā)明的效果(1)動(dòng)平衡測(cè)試精度提高，一次不平衡降低率提高，使機(jī)器得到更好的平衡，降低了機(jī)器的振動(dòng)和噪聲，提高了機(jī)器的使用壽命，提高了加工產(chǎn)品的質(zhì)量。本軟同步技術(shù)是個(gè)可裝卸的獨(dú)立的模塊，應(yīng)用本模塊后不平衡相位測(cè)試精度可提高5倍，不平衡量值的測(cè)量精度也可以得到提高。
(2)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀的適應(yīng)性和可靠性提高。本發(fā)明對(duì)轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性沒有嚴(yán)格的要求。轉(zhuǎn)子的工作速度在10～10000轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)都能適應(yīng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速不均勻時(shí)，對(duì)應(yīng)用本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度不受影響，而對(duì)一般的動(dòng)平衡儀，其測(cè)試精度將急劇下降，甚至得不到測(cè)試結(jié)果。
(3)研制成本下降 本發(fā)明對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)沒有嚴(yán)格要求，采用參數(shù)化的軟延時(shí)取代高精度的時(shí)基電路，不僅節(jié)省了硬件成本，同時(shí)也使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍擴(kuò)大，適應(yīng)性提高。
(1)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備加大 所謂動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備是指最大允許干擾信號(hào)對(duì)滿量程有用信號(hào)之比值。采用曲線擬合插值后，干擾信號(hào)得到了有效抑制，所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備加大，提高了系統(tǒng)的可靠性。
具體實(shí)施例方式
做了以下對(duì)比測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試條件為在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)上定測(cè)一個(gè)試件，其不平衡相位60o，不平衡量500gmm。

權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀的軟同步方法，其特征在于通過計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下步驟A 用軟延時(shí)方法連續(xù)定時(shí)采樣振動(dòng)數(shù)據(jù)，共采樣設(shè)定的NB周數(shù)據(jù)(30≤NB≤80)；B 將采樣得到的每周數(shù)據(jù)作最小二乘曲線擬合，得到NB個(gè)擬合表達(dá)式；C 在各條擬合曲線上插值得到相同的點(diǎn)數(shù)(設(shè)為NA個(gè)點(diǎn)，60≤NA≤400)，由此得到一個(gè)2維數(shù)組x(i，j)，i＝1，2，…，NB；j＝1，2，…，NA；D 求解擬合插值后的NB周數(shù)據(jù)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的均值，得到一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)數(shù)據(jù)樣本x(j)，j＝1，2，…NA，x(j)作為后續(xù)信號(hào)處理的數(shù)據(jù)樣本。
全文摘要
現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀的軟同步方法，該方法克服了傳統(tǒng)的硬件同步法，軟件定時(shí)采樣法，固定點(diǎn)數(shù)采樣法等同步方法的缺陷，采用軟件同步方法，實(shí)現(xiàn)了前后各周數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的嚴(yán)格同步，大幅度提高了不平衡相位和不平衡量值的測(cè)試精度，提高了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀的適應(yīng)性和可靠性。軟同步方法的步驟是a.用軟延時(shí)方法產(chǎn)生采樣周期，按給定的采樣周期定時(shí)采樣，得到NB周對(duì)應(yīng)點(diǎn)可能不同步的數(shù)據(jù)。b.對(duì)NB周數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合插值，得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)嚴(yán)格同步的NB周數(shù)據(jù)。即每周數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)相同，相鄰點(diǎn)的間隔嚴(yán)格相同。c.對(duì)嚴(yán)格同步的NB周數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)求均值，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)數(shù)據(jù)樣本。
文檔編號(hào)G01M1/08GK1492222SQ0313572
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者陳瑞川, 陳國(guó)聰, 王成 申請(qǐng)人:重慶大學(xué), 重慶迪佳科技有限公司