專利名稱：一種轉(zhuǎn)速測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀器儀表及自動化測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種轉(zhuǎn)速測量裝置及其測
量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中自動測量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速的方法總體上可分成四類(I)光電方法，即在旋轉(zhuǎn)體上裝光電碼盤或粘貼反光貼紙，通過與旋轉(zhuǎn)體的光束接觸和光電傳感器將轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換成脈沖式的光學(xué)信息，再進一步轉(zhuǎn)換成電信號來測量中、 高速旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速；(2)電磁方法，即在旋轉(zhuǎn)體上裝電磁刻度碼盤，通過與旋轉(zhuǎn)體的電磁接觸和電磁碼盤，將旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換成脈沖式的磁信息，再傳到外部電磁感應(yīng)傳感器上來測量中速旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速；(3)無線傳輸方法，即直接在旋轉(zhuǎn)體上固定加速度傳感器、信號處理模塊和無線發(fā)射模塊，通過直接與旋轉(zhuǎn)體接觸的加速度傳感器測試和無線傳輸發(fā)送測量轉(zhuǎn)速到外部接收器上來測量中、低速旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速；(4)機械嚙合法，即通過直接與旋轉(zhuǎn)體接觸的齒輪、齒帶的嚙合或者同步輪的耦合傳動，并配備相應(yīng)的計時裝置，計算出中、低速旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下的缺點和不足上述四類方法有一個共同的要求，就是必須與旋轉(zhuǎn)體有直接接觸的信號轉(zhuǎn)換裝置，即光電碼盤、磁刻度盤、加速度計、嚙合傳動機構(gòu)等信號變換、傳遞裝置；基于光電碼盤和嚙合傳動的測速裝置(機構(gòu))可做成便攜式測速儀，但要求被測旋轉(zhuǎn)體有外伸端，以便安裝光電碼盤或嚙合機構(gòu)。因此，上述四類方法在工程應(yīng)用、科學(xué)研究的很多場合，使用起來極為不便。因為這些場合中往往需要一種既能直接測量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速，又不必被測旋轉(zhuǎn)體有外伸端的測速裝置或系統(tǒng)，尤其是，與封閉于箱體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體沒有直接接觸，而在封閉箱體外就能直接測量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速的裝置或系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)速測量裝置及其測量方法，本發(fā)明實現(xiàn)了在封閉箱體外直接測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，不需被測旋轉(zhuǎn)體有外伸端，詳見下文描述一種轉(zhuǎn)速測量裝置，所述裝置包括振動信號拾取傳感器、信號傳輸導(dǎo)線和信號分析處理模塊，將所述振動信號拾取傳感器固定設(shè)置在待測旋轉(zhuǎn)體所在的殼體、支撐座、剛性地基或者與所述待測旋轉(zhuǎn)體有直接接觸的鄰近旋轉(zhuǎn)體的剛性物體上；所述振動信號拾取傳感器采集待測旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動信號，通過所述信號傳輸導(dǎo)線將所述振動信號傳輸?shù)剿鲂盘柗治鎏幚砟K，所述信號分析處理模塊對所述振動信號進行分析處理，提取出所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。所述振動信號拾取傳感器具體為加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器或力傳感器中的任意一種。所述信號分析處理模塊包括信號采集與濾波電路單元、運算控制電路單元、按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元、時鐘電路單元和電源單元，所述時鐘電路單元為所述運算控制電路單元提供控制時鐘；所述電源單元分別為所述信號采集與濾波電路單元、所述運算控制電路單元、所述按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元和所述時鐘電路單元提供工作電源；通過所述按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元輸入測量參數(shù)，所述信號采集與濾波電路單元采集所述待測旋轉(zhuǎn)體的振動信號，對所述振動信號進行濾波，將濾波后信號傳輸?shù)剿鲞\算控制電路單元；所述運算控制電路單元對濾波后信號進行處理，提取出所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速并在所述按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元上顯示。所述裝置還包括數(shù)據(jù)傳輸接口單元，所述數(shù)據(jù)傳輸接口單元用于與外部裝置之間的通訊，所述電源單元為所述數(shù)據(jù)傳輸接口單元提供工作電源；所述數(shù)據(jù)傳輸接口單元具體為RS232、RS485、USB或CAN中的任意一種。一種轉(zhuǎn)速測量裝置的測量方法，所述方法包括以下步驟步驟(I)布置所述轉(zhuǎn)速測量裝置，估算所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速范圍和變化速率， 根據(jù)所述轉(zhuǎn)速范圍和所述變化速率設(shè)置所述轉(zhuǎn)速測量裝置的采樣頻率和數(shù)據(jù)截斷長度；步驟(2)根據(jù)所述待測旋轉(zhuǎn)體的傳動關(guān)系估算振動階次0 ;步驟(3)根據(jù)所述采樣頻率、所述數(shù)據(jù)截斷長度和所述振動階次0，對所述振動信號拾取、濾波、數(shù)據(jù)截斷、數(shù)據(jù)加窗、數(shù)據(jù)變換、特征數(shù)據(jù)提取、特征數(shù)據(jù)校驗、轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)速校驗、振動階次校驗和轉(zhuǎn)速實時測量獲取所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。步驟(3)中所述的根據(jù)所述采樣頻率、所述數(shù)據(jù)截斷長度和所述振動階次0，對所述振動信號拾取、濾波、數(shù)據(jù)截斷、數(shù)據(jù)加窗、數(shù)據(jù)變換、特征數(shù)據(jù)提取、特征數(shù)據(jù)校驗、轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)速校驗、振動階次校驗和轉(zhuǎn)速實時測量獲取所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速具體為I)以所述采樣頻率，對所述振動信號進行拾取，獲取所述待測旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動信號；以所述采樣頻率的預(yù)設(shè)倍數(shù)，對拾取后振動信號進行低通濾波，獲取濾波后信號；對濾波后的數(shù)據(jù)進行消除低頻趨勢項處理；2)對處理后信號進行數(shù)據(jù)截斷和加窗處理，獲取k組數(shù)據(jù)，k的取值為正整數(shù)；3)采用快速傅立葉變換對所述k組數(shù)據(jù)進行變換處理；4)對所述快速傅立葉變換處理后的數(shù)據(jù)提取特征數(shù)據(jù)，即提取各列數(shù)據(jù)峰值所在的序列位置，獲取第一預(yù)設(shè)個數(shù)特征數(shù)據(jù)，并組成的轉(zhuǎn)置矩陣；5)對所述轉(zhuǎn)置矩陣進行特征數(shù)據(jù)校驗調(diào)整，即首先進行列調(diào)整，再進行行調(diào)整，獲取第二預(yù)設(shè)個數(shù)的振動主頻率值；6)通過關(guān)系式5 = ，依次代入所述第二預(yù)設(shè)個數(shù)的振動主頻值，計算得到第二預(yù)設(shè)個數(shù)轉(zhuǎn)速；7)通過實測轉(zhuǎn)速，對所述第二預(yù)設(shè)個數(shù)轉(zhuǎn)速進行校驗，并對所述待測旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動階次進行校驗，得到實際振動階次O ;8)對所述待測旋轉(zhuǎn)體進行連續(xù)采樣，通過關(guān)系式n = fs/0,計算出所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)速測量裝置及其測量方法，本發(fā)明通過對待測旋轉(zhuǎn)體引發(fā)的 振動進行測量，并對振動信號進行階次分析，通過階次分析從振動信號中提取待測旋轉(zhuǎn)體 的轉(zhuǎn)速信息；并且測量裝置的布置不受空間和結(jié)構(gòu)的限制，依據(jù)測試現(xiàn)場需要，任意布置； 測量裝置不必與待測旋轉(zhuǎn)體有直接接觸，不需被測旋轉(zhuǎn)體有外伸端；對于封閉于箱體內(nèi)的 旋轉(zhuǎn)體，在封閉箱體外就能直接測量其轉(zhuǎn)速，使用方便，滿足了實際應(yīng)用中的需要。


圖1為本發(fā)明提供的一種轉(zhuǎn)速測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的信號分析處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的信號分析處理模塊的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明提供的信號分析處理模塊的電路原理圖；圖5為本發(fā)明提供的一種轉(zhuǎn)速測量方法的流程圖。附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下
1殼體；2:支撐座；
3待測旋轉(zhuǎn)體；4:振動信號拾取傳感器；
5信號傳輸導(dǎo)線；6:信號分析處理模塊；
61信號釆集與濾波電路單元；62:運算控制電路單元；
63按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元；64:時鐘電路單元；
65電源單兀；66:數(shù)據(jù)傳輸接口單兀。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細描述。為了在封閉箱體外直接測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，不需被測旋轉(zhuǎn)體有外伸端，本發(fā)明實 施例提供了一種轉(zhuǎn)速測量裝置及其測量方法，詳見下文描述振動階次理論是振動信號分析中的一種對應(yīng)關(guān)系理論，即用于描述旋轉(zhuǎn)機械中某 振動信號及其諧波與旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)頻率(工頻)的對應(yīng)關(guān)系，該關(guān)系式表示為0 = fs/n。
其中，0是振動信號的階次；fs是旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動信號S的頻率，振動信號S是振 動加速度信號、振動速度信號、振動位移信號和振動力信號等四類振動信號中的任意一種， n是旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速以赫茲(Hz)計，即旋轉(zhuǎn)工頻。這里，振動的階次關(guān)系是由以下原因 引起的(1)測試的振動信號S直接由待測旋轉(zhuǎn)體3(參見圖1)的轉(zhuǎn)動所激發(fā)，即振動信號 S由轉(zhuǎn)速n引起，此時，振動階次0為自然階次1。(2)振動信號S由轉(zhuǎn)速n的諧波引起，此時，振動階次0為自然階次，即自然數(shù)，且 振動信號S的階次為轉(zhuǎn)速n的倍數(shù)關(guān)系。(3)振動信號S由轉(zhuǎn)速n或n的諧波,經(jīng)過傳動機構(gòu)變速引起,此時,振動階次0為自然階次乘以傳動比，即可能為非整數(shù)，但嚴格對應(yīng)為傳動比的分數(shù)乘以某一自然數(shù)，這一自然數(shù)即為原因(2)中的倍數(shù)。(4)振動信號S由轉(zhuǎn)速η經(jīng)螺栓松動、軸安裝不對中、軸帶不規(guī)則裂紋、高速轉(zhuǎn)子的油膜渦動、油膜振蕩、密封和間隙動力失穩(wěn)等原因引起，此時，振動階次O為非整數(shù)，而且振動信號測得信號表現(xiàn)出較為模糊的階次關(guān)系。上述階次關(guān)系產(chǎn)生的原因中，原因(I)是所有單軸的旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)過程中必然表現(xiàn)出來的振動階次關(guān)系。例如電機軸、風(fēng)扇主軸、發(fā)動機曲軸和各種單體傳動軸等必然存在 I階振動關(guān)系。原因(2)是所有附帶有葉片、滾珠和電樞的單軸旋轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)過程中必然表現(xiàn)出來的階次關(guān)系。如，電機轉(zhuǎn)子(軸)帶有17對電樞，則必然存在相對于其它階強烈得多的17階振動；帶有3片風(fēng)扇葉片的風(fēng)機主軸，必然存在相對于其它階強烈得多的3階振動； 帶有13顆滾珠的軸承，必然存在相對于其它階強烈得多的13階振動。原因(3)是所有多旋轉(zhuǎn)軸的軸系旋轉(zhuǎn)過程中必然表現(xiàn)出來的振動階次關(guān)系。比如，分布于多根軸上的齒輪，其齒輪副傳動的齒數(shù)比引起的階次關(guān)系；鏈傳動、齒帶傳動、同步帶傳動亦存在類似的數(shù)比階次關(guān)系。原因(4)則是本發(fā)明實施例應(yīng)避免或排除的。避免就是在起動旋轉(zhuǎn)體測試其轉(zhuǎn)速之前，檢查其安裝、潤滑、固定螺栓、以及軸上的裂紋，檢查軸旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)情況，使其不要出現(xiàn)該類旋轉(zhuǎn)缺陷或故障；排除就是在測得的振動信號中已經(jīng)有了該類旋轉(zhuǎn)缺陷，通過信號濾波的方式將其慮除。于是，通過加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器和力傳感器測得旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)引起的振動信號S，計數(shù)出相應(yīng)的振動階次0，即可計算旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速η。而且，所測得的振動信號S不限于在旋轉(zhuǎn)體上測得，既可在旋轉(zhuǎn)體的支撐座上測得，亦可在旋轉(zhuǎn)體的封閉殼體上測得，或者安裝地基上、鄰近物體上測得。一種轉(zhuǎn)速測量裝置，參見圖1，該裝置包括振動信號拾取傳感器4、信號傳輸導(dǎo)線 5和信號分析處理模塊6,將振動信號拾取傳感器4固定設(shè)置在待測旋轉(zhuǎn)體3所在的殼體I、支撐座2、剛性地基或者與待測旋轉(zhuǎn)體3有直接接觸的鄰近旋轉(zhuǎn)體的剛性物體上；振動信號拾取傳感器4 采集待測旋轉(zhuǎn)體3激發(fā)的振動信號S，通過信號傳輸導(dǎo)線5將振動信號S傳輸?shù)叫盘柗治鎏幚砟K6，信號分析處理模塊6對振動信號S進行分析處理，提取出待測旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)速。其中，在采集待測旋轉(zhuǎn)體3的振動信號S之前，本發(fā)明實施例還包括信號分析處理模塊6提取出待測旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)速后并顯示或者傳輸給其它系統(tǒng)、裝置或模塊，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。具體實現(xiàn)時，振動信號拾取傳感器4具體為加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器或力傳感器等四類傳感器中的任一種，優(yōu)先選用加速度傳感器，尤其是加速度MEMS傳感器，該傳感器固定在待測旋轉(zhuǎn)體3所在的殼體I、支撐座2、剛性地基或者與待測旋轉(zhuǎn)體3 有直接接觸的鄰近旋轉(zhuǎn)體的剛性物體上，并且該傳感器不得固定在待測旋轉(zhuǎn)體3上。進一步地，參見圖2，信號分析處理模塊6包括信號采集與濾波電路單元61、運算控制電路單元62、按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元63、時鐘電路單元64和電源單元65,時鐘電路單元64為運算控制電路單元62提供控制時鐘；電源單元65分別為信號采集與濾波電路單元61、運算控制電路單元62、按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元63和時鐘電路單元64 提供工作電源；通過按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元63為運算控制電路單元62輸入測量參數(shù)，運算控制電路單元62控制信號采集與濾波電路單元61采集待測旋轉(zhuǎn)體3 (參見圖I)的振動信號S，對振動信號S進行濾波，將濾波后信號傳輸?shù)竭\算控制電路單元62 ;運算控制電路單元62對濾波后信號進行處理，提取出待測旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)速并在按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元63上顯不O進一步地，參見圖3，為了實現(xiàn)本裝置與其它系統(tǒng)、裝置或模塊之間的數(shù)據(jù)交換，該測量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速的裝置還包括數(shù)據(jù)傳輸接口單元66，數(shù)據(jù)傳輸接口單元66用于與外部裝置之間的通訊，電源單元65為數(shù)據(jù)傳輸接口單元66提供工作電源，數(shù)據(jù)傳輸接口單元66 具體為RS232、RS485、USB或CAN等通用的標(biāo)準(zhǔn)接口之一。參見圖4(圖中時鐘電路單元64及電源單元65未標(biāo)示)，本發(fā)明實施例以信號采集與濾波電路單元61采用二階雙通道低通濾波電路；運算控制電路單元62中的數(shù)據(jù)采集及AD轉(zhuǎn)換電路，主芯片采用AD7641 ;運算控制電路單元62中的控制電路采用微控制器或 DSP芯片及其外圍電路，DSP芯片優(yōu)選用ADSP219X系列芯片；按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元63優(yōu)選用基于DMC20261的IXD控制顯示電路模塊和4x4通用按鍵電路；數(shù)據(jù)傳輸接口單元66優(yōu)選用基于SLll的USB數(shù)據(jù)接口電路進行說明，具體實現(xiàn)時，根據(jù)實際應(yīng)用中的需要還可采用其他型號的器件，本發(fā)明實施例對器件選用不做限制。一種轉(zhuǎn)速測量方法，參見圖I和圖5，該方法包括以下步驟101 :布置轉(zhuǎn)速測量裝置，估算待測旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)速范圍和變化速率，根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍和變化速率設(shè)置轉(zhuǎn)速測量裝置的采樣頻率和數(shù)據(jù)截斷長度；其中，通過通用轉(zhuǎn)速測試裝置估算待測旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)速范圍和變化速率，通用轉(zhuǎn)速測試裝置可以為手持式RM-1000光電式轉(zhuǎn)速計等，具體實現(xiàn)時，根據(jù)實際應(yīng)用中的需要進行設(shè)定，本發(fā)明實施例對此不做限制。其中，采樣頻率通常設(shè)置為5. 12kHz，數(shù)據(jù)截斷長度通常設(shè)置為512個數(shù)據(jù)，具體實現(xiàn)時，根據(jù)實際應(yīng)用中的需要進行設(shè)定，本發(fā)明實施例對此不做限制。102 :根據(jù)待測旋轉(zhuǎn)體3的傳動關(guān)系估算振動階次(5 ;其中，傳動關(guān)系根據(jù)待測旋轉(zhuǎn)體3的具體位置和振動信號拾取傳感器4的具體位置決定，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。103 :根據(jù)采樣頻率、數(shù)據(jù)截斷長度和振動階次0，對振動信號S拾取、濾波、數(shù)據(jù)截斷、數(shù)據(jù)加窗、數(shù)據(jù)變換、特征數(shù)據(jù)提取、特征數(shù)據(jù)校驗、轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)速校驗、振動階次校驗和轉(zhuǎn)速實時測量獲取待測旋轉(zhuǎn)體3的轉(zhuǎn)速。其中，信號拾取的采樣頻率依據(jù)轉(zhuǎn)速范圍和變化速率而定。當(dāng)待測旋轉(zhuǎn)體3為恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)時，轉(zhuǎn)速范圍在O. 6rpm至1200rpm的某一值時，采樣頻率設(shè)置為轉(zhuǎn)動工頻的100 倍，并優(yōu)先設(shè)置為2kHz ;轉(zhuǎn)速范圍在大于1200rpm至4680rpm的某一值時，采樣頻率設(shè)置為轉(zhuǎn)動工頻的25. 6倍，并優(yōu)先設(shè)置為2kHz ;轉(zhuǎn)速范圍在大于4680rpm至12000rpm某一值時， 采樣頻率設(shè)置為轉(zhuǎn)動工頻的25. 6倍，并優(yōu)先設(shè)置為5. 12kHz ;轉(zhuǎn)速范圍在大于12000rpm至 60000rpm的某一值時，采樣頻率設(shè)置為不低于轉(zhuǎn)動工頻的5. 12倍，并優(yōu)先設(shè)置為5. 12kHz ； 轉(zhuǎn)速大于60000rpm時，采樣頻率至少設(shè)置為轉(zhuǎn)動工頻的5. 12倍。當(dāng)待測旋轉(zhuǎn)體3為變轉(zhuǎn)速系統(tǒng)時，轉(zhuǎn)速不超過1200rpm時，采樣頻率設(shè)置為2kHz ;轉(zhuǎn)速大于1200rpm且不超過12000rpm時，采樣頻率設(shè)置為5. 12kHz ;轉(zhuǎn)速大于12000rpm時，采樣頻率設(shè)置為不低于最高轉(zhuǎn)速頻率的10倍。對于待測旋轉(zhuǎn)體3每一轉(zhuǎn)內(nèi)有轉(zhuǎn)速波動的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，采樣頻率應(yīng)設(shè)置兩個交替變化的值，即采用變頻率采樣，其中一值為上述倍數(shù)關(guān)系的采樣頻率值，另一值為上述倍數(shù)關(guān)系的采樣頻率值的I. 3倍或I. 7倍。其中，步驟103具體包括I)以采樣頻率，對振動信號S進行拾取，獲取待測旋轉(zhuǎn)體3激發(fā)的振動信號；以采樣頻率的預(yù)設(shè)倍數(shù)，對拾取后振動信號S進行低通濾波，獲取濾波后信號S,;對濾波后的數(shù)據(jù)進行消除低頻趨勢項處理；其中，預(yù)設(shè)倍數(shù)值為Vi至2的某一值。2)對上述處理后的信號再進行數(shù)據(jù)截斷和加窗處理，獲取k組數(shù)據(jù)，k的取值為正整數(shù)；其中，加窗處理采用漢寧窗或海明窗等。其中，數(shù)據(jù)截斷長度為2的指數(shù)次冪個數(shù)據(jù)，優(yōu)選512與1024，將一次測量的數(shù)據(jù)截斷為k組，最后一組數(shù)據(jù)不足2的指數(shù)次冪個數(shù)據(jù)時，采用補零法補齊。其中，k的取值由采集的總數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)截斷長度的比值確定，數(shù)據(jù)截斷長度本發(fā)明實施例以512為例進行說明，當(dāng)數(shù)據(jù)量為10000時，k的取值為20，第20組的數(shù)據(jù)采用補零法補齊(即補240個零)。3)采用快速傅立葉變換對k組數(shù)據(jù)進行分析；其中，分析數(shù)據(jù)長度采用I列1024個數(shù)據(jù)，即上述截斷數(shù)據(jù)的k組，每連續(xù)兩組為一列，依次往后輪換一組，將一次測量的k組數(shù)據(jù)分為k-Ι列來進行快速傅立葉變換。4)對快速傅立葉變換處理后的數(shù)據(jù)提取特征數(shù)據(jù)，即提取各列數(shù)據(jù)峰值所在的序列位置，獲取第一預(yù)設(shè)個數(shù)特征數(shù)據(jù)，并組成的轉(zhuǎn)置矩陣；其中，特征數(shù)據(jù)提取是提取上述FFT分析各列數(shù)據(jù)的峰值所在的序列位置。具體為每一列數(shù)據(jù)進行FFT變換后得到的各列1024個數(shù)據(jù)，每列去除后512個數(shù)據(jù)，取前512 個數(shù)據(jù)的絕對值，然后從絕對值中提取第一預(yù)設(shè)個數(shù)(本發(fā)明實施例以第一預(yù)設(shè)個數(shù)為6 為例進行說明，具體實現(xiàn)時根據(jù)實際應(yīng)用中的需要進行設(shè)定，本發(fā)明實施例對此不做限制) 個最高峰值的最大值，記錄第一預(yù)設(shè)個數(shù)最大值對應(yīng)的序列位置，再根據(jù)采樣速率，計算出每一列數(shù)據(jù)對應(yīng)的第一預(yù)設(shè)個數(shù)振動頻率值(f\、f2> f3> f4> f5和f6)，作為每一列數(shù)據(jù)的特征數(shù)據(jù)。對k-Ι列進行提取，每列6個即6k-6個特征數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)置矩陣表述為5)對轉(zhuǎn)置矩陣進行特征數(shù)據(jù)校驗調(diào)整，即首先進行列調(diào)整，再進行行調(diào)整，獲取第二預(yù)設(shè)個數(shù)的振動主頻率值；其中，本發(fā)明實施例由于在步驟4)中提取到6個最大值，這里，依據(jù)統(tǒng)計規(guī)則實施調(diào)整，得到第二預(yù)設(shè)個數(shù)(本發(fā)明實施例以4為例進行說明，具體實現(xiàn)時根據(jù)實際應(yīng)用中的需要進行設(shè)定，本發(fā)明實施例對此不做限制)個振動主頻值f\、f2> f3和f4。其中，列調(diào)整具體方法為，取上述轉(zhuǎn)置矩陣中的每一列
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)速測量裝置，其特征在于，所述裝置包括振動信號拾取傳感器、信號傳輸導(dǎo)線和信號分析處理模塊，將所述振動信號拾取傳感器固定設(shè)置在待測旋轉(zhuǎn)體所在的殼體、支撐座、剛性地基或者與所述待測旋轉(zhuǎn)體有直接接觸的鄰近旋轉(zhuǎn)體的剛性物體上；所述振動信號拾取傳感器采集待測旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動信號，通過所述信號傳輸導(dǎo)線將所述振動信號傳輸?shù)剿鲂盘柗治鎏幚砟K，所述信號分析處理模塊對所述振動信號進行分析處理，提取出所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種轉(zhuǎn)速測量裝置，其特征在于，所述振動信號拾取傳感器具體為加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器或力傳感器中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種轉(zhuǎn)速測量裝置，其特征在于，所述信號分析處理模塊包括信號采集與濾波電路單元、運算控制電路單元、按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元、時鐘電路單元和電源單元，所述時鐘電路單元為所述運算控制電路提供控制時鐘；所述電源單元分別為所述信號采集與濾波電路、所述運算控制電路單元、所述按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元和所述時鐘電路單元提供工作電源；通過所述按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元輸入測量參數(shù)，所述信號采集與濾波電路單元采集所述待測旋轉(zhuǎn)體的振動信號，對所述振動信號進行濾波，將濾波后信號傳輸?shù)剿鲞\算控制電路單元；所述運算控制電路單元對濾波后信號進行處理，提取出所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速并在所述按鍵及數(shù)據(jù)顯示單元上顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種轉(zhuǎn)速測量裝置，其特征在于，所述裝置還包括數(shù)據(jù)傳輸接口單元，所述數(shù)據(jù)傳輸接口單元用于與外部裝置之間的通訊，所述電源單元為所述數(shù)據(jù)傳輸接口單元提供工作電源；所述數(shù)據(jù)傳輸接口單元具體為RS232、RS485、USB或CAN中的任意一種。
5.一種用于權(quán)利要求I所述的一種轉(zhuǎn)速測量裝置的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟步驟(I)布置所述轉(zhuǎn)速測量裝置，估算所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速范圍和變化速率，根據(jù)所述轉(zhuǎn)速范圍和所述變化速率，設(shè)置所述轉(zhuǎn)速測量裝置的采樣頻率和數(shù)據(jù)截斷長度；步驟(2)根據(jù)所述待測旋轉(zhuǎn)體的傳動關(guān)系估算振動階次0;步驟(3)根據(jù)所述采樣頻率、所述數(shù)據(jù)截斷長度和所述振動階次0，對所述振動信號拾取、濾波、數(shù)據(jù)截斷、數(shù)據(jù)加窗、數(shù)據(jù)變換、特征數(shù)據(jù)提取、特征數(shù)據(jù)校驗、轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)速校驗、振動階次校驗和轉(zhuǎn)速實時測量獲取所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量方法，其特征在于，步驟(3)中所述的根據(jù)所述采樣頻率、所述數(shù)據(jù)截斷長度和所述振動階次0，對所述振動信號拾取、濾波、數(shù)據(jù)截斷、數(shù)據(jù)加窗、 數(shù)據(jù)變換、特征數(shù)據(jù)提取、特征數(shù)據(jù)校驗、轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)速校驗、振動階次校驗和轉(zhuǎn)速實時測量獲取所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速具體為1)以所述采樣頻率，對所述振動信號進行拾取，獲取所述待測旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動信號； 以所述采樣頻率的預(yù)設(shè)倍數(shù)，對拾取后振動信號進行低通濾波，獲取濾波后信號；對濾波后的數(shù)據(jù)進行消除低頻趨勢項處理；2)對處理后信號進行數(shù)據(jù)截斷和加窗處理，獲取k組數(shù)據(jù)，k的取值為正整數(shù)；3)采用快速傅立葉變換對所述k組數(shù)據(jù)進行變換處理；4)對所述快速傅立葉變換處理后的數(shù)據(jù)提取特征數(shù)據(jù)，即提取各列數(shù)據(jù)峰值所在的序列位置，獲取第一預(yù)設(shè)個數(shù)特征數(shù)據(jù)，并組成的轉(zhuǎn)置矩陣；5)對所述轉(zhuǎn)置矩陣進行特征數(shù)據(jù)校驗調(diào)整，即首先進行列調(diào)整，再進行行調(diào)整，獲取第二預(yù)設(shè)個數(shù)的振動主頻率值；6)通過關(guān)系式5= Λ/0，依次代入所述第二預(yù)設(shè)個數(shù)的振動主頻值，計算得到第二預(yù)設(shè)個數(shù)轉(zhuǎn)速；7)通過實測轉(zhuǎn)速，對所述第二預(yù)設(shè)個數(shù)轉(zhuǎn)速進行校驗，并對所述待測旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動階次進行校驗，得到實際振動階次O ;8)對所述待測旋轉(zhuǎn)體進行連續(xù)采樣，通過關(guān)系式n= fs/0，計算出所述待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)速測量裝置及其測量方法，裝置包括將振動信號拾取傳感器固定設(shè)置在待測旋轉(zhuǎn)體所在的殼體、支撐座、剛性地基或者與待測旋轉(zhuǎn)體有直接接觸的鄰近旋轉(zhuǎn)體的剛性物體上，振動信號拾取傳感器采集待測旋轉(zhuǎn)體激發(fā)的振動信號，通過信號傳輸導(dǎo)線將振動信號傳輸?shù)叫盘柗治鎏幚砟K，信號分析處理模塊對振動信號進行分析處理，提取出待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速；方法包括設(shè)置采樣頻率、數(shù)據(jù)截斷長度和振動階次，對振動信號進行拾取、濾波、數(shù)據(jù)加窗、數(shù)據(jù)截斷、數(shù)據(jù)變換、特征數(shù)據(jù)提取、特征數(shù)據(jù)校驗、轉(zhuǎn)速計算、轉(zhuǎn)速校驗、振動階次校驗和轉(zhuǎn)速實時測量，依據(jù)振動階次關(guān)系計算獲取待測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明測量轉(zhuǎn)速，不必與待測旋轉(zhuǎn)體有直接接觸，不需被測旋轉(zhuǎn)體有外伸端，使用方便。
文檔編號G01P3/481GK102590543SQ20121004405
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者于鎰隆, 劉雙喜, 楊建軍, 栗國, 牟連嵩 申請人:中國汽車技術(shù)研究中心