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一种具有温度补偿的转轴应变检测方法及系统技术方案

技术编号:20042075 阅读:16 留言:0更新日期:2019-01-09 03:07
本发明专利技术公开了一种具有温度补偿的转轴应变检测方法及系统,涉及检测技术领域。检测方法其基于布置方向相正交的两个声表面波传感器,两个声表面波传感器的反射栅组内的反射栅与叉指电极间的间距均不相同;该应变检测方法包括:(1)发射问询射频信号;(2)接收响应射频信号,并基于反射栅组所表征的编码信息区分响应射频信号;(3)处基于响应射频信号,从查找表中获取与当前组合相位变化ΔΦc所对应的应变信息,表征转轴的当前应变状态;其中,ΔΦc=ΔΦ1‑L1/L2×ΔΦ2,ΔΦ1、ΔΦ2为对应反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,L1、L2为ΔΦ1、ΔΦ2所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差。该检测方法能有效地提高应变检测的精度,可广泛应用生产领域中。

A Method and System for Measuring Rotary Shaft Strain with Temperature Compensation

The invention discloses a rotating shaft strain detection method and system with temperature compensation, which relates to the detection technology field. The detection method is based on two SAW sensors with orthogonal orientation, and the spacing between the reflecting grating and the interdigital electrodes in the two SAW sensors is different. The strain detection method includes: (1) transmitting inquiry radio frequency signal; (2) receiving response radio frequency signal, and distinguishing response radio frequency signal based on the coding information represented by the reflecting grating group; (3) locating based on In response to radio frequency signals, the straininformation corresponding to the current combined phase change916934;c is obtained from the look-up table to characterizthe current strainstate of the rotatishaft; among them, 91\\934;c=\\\\\\9191919191919319199L1/L2*9191919199L1/L2, \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\932as the phase difference between the echechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechechSurface Acoustic Wave Sensing The difference of the spacing between the interdigital electrodes on the apparatus. This method can effectively improve the accuracy of strain detection, and can be widely used in the field of production.

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度补偿的转轴应变检测方法及系统
本专利技术涉及一种基于声表面波器件的无线无源应变检测装置,特别地涉及一种具有温度补偿的转轴应变测试系统。
技术介绍
对于燃气轮机、精密轴承等工业运动部件,应变是一个十分重要的工作参数,应变信息是动力机械运行状态监测、故障预报、寿命评估的主要信息来源。对工业运动部件表面应变准确测量,有利于实时掌握运动部件的运行状态,有助于提高部件的精度稳定性和可靠性。当前,对于精密轴承的应变检测,通常采用基于应变片的电测法,例如,采用如公开号为CN206832386U所公开的应变片进行检测,主要方法是将该应变片贴设与转轴应变区域处,随着转轴的转动所产生的扭矩迫使该转轴扭转形变,该形变驱使应变片形变而使该应变片的电阻产生变化,由于旋转轴上很难布置电源线路与检测信号反馈线路,导致现有基于应变片的电检测方法在适用于高速旋转的转轴时,其测量电路供电和应变信息传输上遇到很大的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种转轴应变检测方法,以实现无线无源检测的同时,对温度变化所引起的应变进行补偿,以提高检测准确性;本专利技术的另一目的为提供一种转轴应变检测系统,以实现无线无源检测的同时,对温度变化所引起的应变进行补偿,以提高检测准确性。为了实现上述目的,本专利技术提供一种转轴应变检测方法,其基于布置方向相正交的两个声表面波传感器,声表面波传感器的布置方向与转轴的轴向均成45度夹角,声表面波传感器包括压电基体及固设在压电基体上的叉指电极与反射栅组,反射栅组包括两根以上的声表面波反射栅,叉指电极与天线电连接;两个反射栅组内的反射栅与叉指电极间的间距均不相同;该应变检测方法包括以下步骤:问询步骤,向两个声表面波传感器发射问询射频信号;接收步骤,接收两个声表面波传感器的响应射频信号,并基于反射栅组所表征的编码信息区分响应射频信号;处理步骤,基于响应射频信号,从查找表中获取与当前组合相位变化ΔΦc所对应的应变信息,表征转轴的当前应变状态;其中,ΔΦc=ΔΦ1-L1/L2×ΔΦ2,ΔΦ1为一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,ΔΦ2为另一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,L1为ΔΦ1所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差,L2为ΔΦ2所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差。基于无线无源声表面波传感器上响应波对转轴形变的敏感性,以对转轴的应变状态进行检测,并利用编码来区分两个声表面波传感器,以能利用两个谐振频率相同的声表面传感器进行检测,以提高检测精度;接着,利用两个相互正交的声表面传感器进行检测,以使一个声表面波传感器的反射栅处于拉伸状态,而另一个声表面传感器上反射栅处于压缩状态,从而二者由应变导致的相响应波的相位变化不同,而贴附在温度基本相同的同一区域内,从而使二者温度对相位变化的影响相同,再基于前述计算公式,可将温度影响相抵消,以实现温度补偿功能。具体方案为ΔΦ1所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端部与首端部上的反射栅,ΔΦ2所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端部与首端部上的反射栅。更具体的方案为ΔΦ1所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端侧与首端侧上的反射栅,ΔΦ2所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端侧与首端侧上的反射栅。选用间距最大的两根反射栅所反射的响应波进行表征,能进一步提高检测精度。优选的方案为压电基体为柔性压电基体。采用柔性声表面波传感器进行检测,以更好地贴合转轴的轴表面形状,以进一步地提高检测精度。另一个优选的方案为两个声表面波传感器共用同一集成天线。将两个声表面波传感器的谐振频率相同,以使二者共用同一天线而节省成本。为了实现上述另一目的,本专利技术提供的转轴应变检测系统包括射频收发单元、信号处理单元及两个布置方向相正交的声表面波传感器,声表面波传感器的布置方向与转轴的轴向均成45度夹角,声表面波传感器包括压电基体及固设在压电基体上的叉指电极与反射栅组,反射栅组包括两根以上的声表面波反射栅,叉指电极与天线电连接;两个反射栅组内的反射栅与叉指电极间的间距均不相同;射频收发单元被配置为向两个声表面波传感器发射问询射频信号,并接收两个声表面波传感器的响应射频信号;处理单元被配置为基于反射栅组所表征的编码信息区分响应射频信号,并基于响应射频信号,从查找表中获取与当前组合相位变化ΔΦc所对应的应变信息,表征转轴的当前应变状态;其中,ΔΦc=ΔΦ1-L1/L2×ΔΦ2,ΔΦ1为一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,ΔΦ2为另一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,L1为ΔΦ1所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差,L2为ΔΦ2所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差。具体的方案为ΔΦ1所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端部与首端部上的反射栅,ΔΦ2所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端部与首端部上的反射栅。更具体的方案为ΔΦ1所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端侧与首端侧上的反射栅,ΔΦ2所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端侧与首端侧上的反射栅。优选的方案为压电基体为柔性压电基体。另一个优选的方案为两个声表面波传感器共用同一集成天线。将两个声表面波传感器的谐振频率相同,以使二者共用同一天线而节省成本。附图说明图1为本专利技术检测系统实施例的结构图;图2为本专利技术检测系统实施例中无线无源声表面波传感器的结构示意图;图3为本专利技术检测系统实施例中转轴的形变分布示意图;图4为本专利技术检测系统实施例中两个声表面传感器的相对位置布置示意图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。检测系统实施例如图1所示,本专利技术具有温度补偿的转轴应变检测系统2包括置于设备外的射频读取单元1、安装在工业转轴01上的两个声表面波传感器3及安装在射频读取单元1的壳体内的处理单元。其中射频读取单元1构成本实施例中的射频收发单元。如图2所示,声表面传感器3包括压电基体5及固设在压电基体5上的叉指电极4与反射栅组6,反射栅组6通常由两根以上的相平行布置的声表面波反射栅构成,在本实施例中为由三根反射栅构成,叉指电极4与集成天线电连接,以使射频读取单元1和声表面波传感器3通过该集成天线传输信息。如图3及图4所示,声表面传感器3紧贴转轴01的形变区域上,以使转轴01上的应变变化可以很好地传导到声表面波传感器3上。对于两个声表波面传感器3-1与声表面波传感器3-2,二者的布置方向相正交,即垂直于反射栅的方向相正交,且每个声表面波传感器3的布置方向与转轴01的轴线03的夹角成45度夹角,即与转轴01的轴向成45度夹角。以每根反射栅到叉指电极4之间的间距为基准,声表波面传感器3-1与声表面波传感器3-2上不存在重复的反射栅,即不存在至叉指电极4之间的间距相等的两根反射栅,在本实施例中,反射栅至叉指电极4之间的间距被配置为二者在垂直于布置放上的中间面之间的间距。应变检测方法和步骤包括以下步骤:问询步骤S1,向声表面波传感器3-1、3-2发射问询射频信号。射频读取器1通过传输天线发射一段射频脉冲给声表面波传感器3,声表面波传感器3接收集成天线的电信号并转化为声波信号;由于转轴01的形变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有温度补偿的转轴应变检测方法,基于布置方向相正交的两个声表面波传感器,所述声表面波传感器的布置方向与所述转轴的轴向均成45度夹角,所述声表面波传感器包括压电基体及固设在所述压电基体上的叉指电极与反射栅组,所述反射栅组包括两根以上的声表面波反射栅,所述叉指电极与天线电连接;两个所述反射栅组内的反射栅与所述叉指电极间的间距均不相同;其特征在于,所述应变检测方法包括以下步骤:问询步骤,向两个所述声表面波传感器发射问询射频信号;接收步骤,接收两个所述声表面波传感器的响应射频信号,并基于反射栅组所表征的编码信息区分响应射频信号;处理步骤,基于所述响应射频信号,从查找表中获取与当前组合相位变化ΔΦc所对应的应变信息,表征所述转轴的当前应变状态;其中,ΔΦc=ΔΦ1‑L1/L2×ΔΦ2,ΔΦ1为一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,ΔΦ2为另一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,L1为ΔΦ1所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差,L2为ΔΦ2所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度补偿的转轴应变检测方法,基于布置方向相正交的两个声表面波传感器,所述声表面波传感器的布置方向与所述转轴的轴向均成45度夹角,所述声表面波传感器包括压电基体及固设在所述压电基体上的叉指电极与反射栅组,所述反射栅组包括两根以上的声表面波反射栅,所述叉指电极与天线电连接;两个所述反射栅组内的反射栅与所述叉指电极间的间距均不相同;其特征在于,所述应变检测方法包括以下步骤:问询步骤,向两个所述声表面波传感器发射问询射频信号;接收步骤,接收两个所述声表面波传感器的响应射频信号,并基于反射栅组所表征的编码信息区分响应射频信号;处理步骤,基于所述响应射频信号,从查找表中获取与当前组合相位变化ΔΦc所对应的应变信息,表征所述转轴的当前应变状态;其中,ΔΦc=ΔΦ1-L1/L2×ΔΦ2,ΔΦ1为一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,ΔΦ2为另一个反射栅组中任意两根反射栅所对应回波的相位变化之差,L1为ΔΦ1所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差,L2为ΔΦ2所对应两根反射栅与同一声表面波传感器上叉指电极间的间距之差。2.根据权利要求1所述的应变检测方法,其特征在于:ΔΦ1所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端部与首端部上的反射栅,ΔΦ2所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端部与首端部上的反射栅。3.根据权利要求2所述的应变检测方法,其特征在于:ΔΦ1所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端侧与首端侧上的反射栅,ΔΦ2所对应的反射栅具有位于对应反射栅组的尾端侧与首端侧上的反射栅。4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的应变检测方法,其特征在于:所述压电基体为柔性压电基体。5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的应变检测方法,其特征在于:两个所述声表面波传感器的谐振频率相同,且共用同一所述天线。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员:金浩陶翔董树荣骆季奎陈金凯轩伟鹏何朝梁
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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