基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置及方法，采集转子旋转时相互垂直方向上的位移信号，并对位移信号进行提纯，得到转子的提纯轴心轨迹，对轴心轨迹上的点进行创新性的计算，从而得到旋转机械的转速信息。本发明专利技术选用了轴心轨迹来对转子转速进行计算，将轴心轨迹和转速联系起来，为旋转机械转速的监测提供了新的实现方法。同时本发明专利技术采用轴心轨迹来对转速进行监测，可以在工程应用中减少转速传感器的安装，也可以在不方便安装转速传感器的地方根据轴心轨迹来进行转速监测，为工程应用提供了新的测量方法，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械
，具体涉及一种基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置及方法的设计。
技术介绍
转速是能源设备与动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，因为动力机械的许多特性参数是根据它们与转速的函数关系来确定的，例如压缩机的排气量、轴功率、内燃机的输出功率等等，而且动力机械的振动、管道气流脉动、各种工作零件的磨损状态等都与转速密切相关。在工业生产和科学研究领域中，转速是影响产品质量和研究成果的因素之一，是旋转机械的重要参数之一，对于转速的测量监测已经成为机械设备健康管理的重要研究课题。转速测量的方法很多，测量仪表的型式也多种多样，其使用条件和测量精度也各不相同。根据转速测量的工作方式可分为两大类：接触式转速测量仪表与非接触式转速测量仪表。前者在使用时必须与被测转轴直接接触，如离心式转速表、磁性转速表与测速发电机等；后者在使用时不需要与被测转轴接触，如光电式转速表、电子数字式转速表、闪光测速仪等。转速测量的方法从接触式测量(机械式)，到非接触式测量(光电式、磁感应式)，再到利用视频技术测量转速，各种测量方法都有优缺点，在测量转速时需要选择合适的测量方式才能使测得的转速更加接近真实值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中缺少利用轴心轨迹来计算转子转速的方法的问题，提出了一种基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置及方法。本专利技术的技术方案为：基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置，包括振动台、信号采集分析单元及计算机数字信号分析单元；振动台、信号采集分析单元、计算机数字信号分析单元顺次连接。优选地，信号采集分析单元与计算机数字信号分析单元通过1394信号线连接。优选地，信号采集分析单元包括信号采集分析仪与电涡流位移传感器；信号采集分析仪连接于计算机数字信号分析单元，电涡流位移传感器连接于振动台；信号采集分析仪与电涡流位移传感器之间通过信号线连接。优选地，计算机数字信号分析单元包括低通滤波器和数学计算分析处理软件MATLAB。本专利技术还提供了基于轴心轨迹的旋转机械转速计算方法，包括以下步骤：S1、运行旋转机械使其在额定工况下工作；S2、利用电涡流位移传感器测量转子互相垂直方向上的位移信号；S3、利用低通滤波器对位移信号进行滤波，得到信号中的主要成分；S4、利用滤波后的位移信号合成轴心轨迹，计算轴心轨迹上每个点相对于水平方向上的夹角；S5、对求得的夹角进行周期性分析，计算出转子的转速。进一步地，步骤S1中旋转机械的转速随机变化。进一步地，步骤S3具体为：对采集到的位移信号进行傅立叶变换，分析出其中的主要的频率成分，并利用低通滤波器滤出位移信号中的主要成分。进一步地，步骤S4中求得夹角的取值范围为-90°～90°。进一步地，步骤S5具体为：选定步骤S4中一个角度为参考角，每出现一次参考角，夹角变化一周期，记为一个脉冲信号；每出现两个脉冲信号转子旋转一周；根据所获得的脉冲信号即可求得转速信号。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术选用了轴心轨迹来对转子转速进行计算，将轴心轨迹和转速联系起来，为旋转机械转速的监测提供了新的实现方法。(2)本专利技术采用轴心轨迹来对转速进行监测，可以在工程应用中减少转速传感器的安装，也可以在不方便安装转速传感器的地方根据轴心轨迹来进行转速监测，为工程应用提供了新的测量方法，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术提供的基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置结构框图。图2为本专利技术实施例的电涡流位移传感器的实物图。图3为本专利技术提供的基于轴心轨迹的旋转机械转速计算方法流程图。图4为本专利技术实施例的旋转机械施加的转速设定图。图5为本专利技术实施例的原始转子水平、竖直方向上的位移信号图。图6为本专利技术实施例的原始轴心轨迹图。图7为本专利技术实施例的转子水平方向上位移信号的傅立叶变换频谱图。图8为本专利技术实施例的提纯后的转子水平、竖直方向上的位移信号图。图9为本专利技术实施例的提纯后的轴心轨迹图。图10为本专利技术实施例的轴心轨迹上每点相对于水平方向上的夹角示意图。图11为本专利技术实施例的由轴心轨迹计算得到的转子转速示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步的说明。本专利技术提供了一种基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置，如图1所示，包括振动台、信号采集分析单元及计算机数字信号分析单元。振动台、信号采集分析单元、计算机数字信号分析单元顺次连接。其中，信号采集分析单元与计算机数字信号分析单元通过1394信号线连接。信号采集分析单元包括信号采集分析仪与电涡流位移传感器，用于采集转子位移信号。信号采集分析仪连接于计算机数字信号分析单元，电涡流位移传感器连接于振动台；信号采集分析仪与电涡流位移传感器之间通过信号线连接。电涡流位移传感器的实物如图2所示。计算机数字信号采集分析单元包括低通滤波器和数学计算分析处理软件MATLAB，用于对轴心轨迹进行提纯。本专利技术还提供了一种基于轴心轨迹的旋转机械转速计算方法，如图3所示，包括以下步骤：S1、运行旋转机械使其在在额定工况下工作。其中，额定工况包括不同的转速和加速度，并且随时间变化。本专利技术实施例中，如图4所示，为了使案例更加接近实际工程应用，设定转速在10s内由0r/s匀加速到30r/s，保持5s，再经过10s匀减速至0r/s。S2、利用电涡流位移传感器测量转子互相垂直方向上的位移。轴心轨迹需要相互垂直的两个电涡流位移传感器来测量。本专利技术实施例中，为了便于安装，将传感器安装在水平和竖直方向上。采集到的位移信号如图5所示，水平和竖直方向的位移信号是正余弦信号。由采集到的位移信号合成的轴心轨迹如图6所示，可以看出轴心轨迹上有很多尖峰，不能直接用来进行转速计算。S3、利用低通滤波器对位移信号进行滤波，得到信号中的主要成分。本专利技术实施例中，通过傅立叶变换，分析出采集到的信号的主要频率成分，然后利用低通滤波器对其进行提纯，得到位移信号的主要成分。通过傅立叶变换得到信号的频谱图如图7所示，可以分析出信号中的主要的频率成分为0Hz—30Hz，然后利用低通滤波器滤出30Hz以下的频率成分的信号，如图8所示。S4、利用滤波后的位移信号合成轴心轨迹，计算轴心轨迹上每个点相对于水平方向上的夹角。通过提纯后的轴心轨迹图可以看出轴心轨迹是准周期的振动，类似于圆周循环。轴心轨迹上的点绕轴心轨迹一周，轴心轨迹上的点和水平方向上的夹角将会由0°变化到360°。图9为提纯后的轴心轨迹图，比较图9和图6可以看出，提纯后的轴心轨迹已经平滑了，可以进行角度计算。图10为轴心轨迹上的点和水平方向上的夹角，由图10可以看出，夹角在-90°～90°之间循环。S5、对求得夹角进行周期性分析并计算出转子的转速。由于求得的夹角变化范围为-90°～90°，因此求得的夹角经过两个周期转子轴心轨迹循环一周。选定步骤S4中一个角度为参考角，例如30°，则每出现一次30°，夹角变化一周期，记为一个脉冲信号。假定转子在一圈内的转速为一定的，则每出现两个脉冲信号转子旋转一周。根据脉冲信号每两个周期的起始时间可以计算得到在此时间段内转子的转速。将每个周期内的转速进行平滑连接就得到的转子在整个运行时间内的转速。图11为通过轴心轨迹计算出来的转子转速，比较图11和图4可以看出，计算出来的转速和实际的转速基本一致，说明通过轴心轨迹来计算转速是可行的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置，其特征在于，包括振动台、信号采集分析单元及计算机数字信号分析单元；所述振动台、信号采集分析单元、计算机数字信号分析单元顺次连接。

【技术特征摘要】
1.基于轴心轨迹的旋转机械转速计算装置，其特征在于，包括振动台、信号采集分析单元及计算机数字信号分析单元；所述振动台、信号采集分析单元、计算机数字信号分析单元顺次连接。2.根据权利要求1所述的旋转机械转速计算装置，其特征在于，所述信号采集分析单元与计算机数字信号分析单元通过1394信号线连接。3.根据权利要求1所述的旋转机械转速计算装置，其特征在于，所述信号采集分析单元包括信号采集分析仪与电涡流位移传感器；所述信号采集分析仪连接于计算机数字信号分析单元，电涡流位移传感器连接于振动台；所述信号采集分析仪与电涡流位移传感器之间通过信号线连接。4.根据权利要求1所述的旋转机械转速计算装置，其特征在于，所述计算机数字信号分析单元包括低通滤波器和数学计算分析处理软件MATLAB。5.基于轴心轨迹的旋转机械转速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、运行旋转机械使其在额定工况下工作；S2、利用电涡流位移传感器测量转子互相垂直方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王科盛，冯珂，王况，韦冬东，陈鹏，宋理伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51