用于转速周期性波动情况下瞬间转速测试方法技术

本发明专利技术涉及一种用于转速周期性波动情况下瞬间转速测试方法，在旋转设备旋转面粘贴反光等距黑白格纸带，设备旋转时，通过光学传感器采集转速信号，通过对转速信号进行分析，得到通过某段角位移的瞬间转速。其特征在于，在转速周期性波动的情况下，采用傅里叶模型拟合方法对局部不均匀分布的黑白格代表的角位移值进行精确矫正。

【技术实现步骤摘要】
用于转速周期性波动情况下瞬间转速测试方法
本专利技术涉及旋转设备瞬间转速测试领域，具体的说，是一种用于转速周期性波动情况下，使用傅里叶模型拟合方法对非均匀齿代表的角位移值进行精确分析后，瞬间转速的测试方法。
技术介绍
转速是表征旋转机械健康状况、进行故障诊断、制定必要维修策略的重要参数之一。通过瞬时转速波动来分析回转机械故障是机械诊断领域的一个热点问题，其中瞬时转速波动特征的准确获取是其关键[1]。转速波动信息与机械运行工况及健康状态密切相关。首先，转速波动直接反映了回转部件的运动与动力学信息，且其信号的传递路径短，信噪比高，因此容易对回转部件的早期微弱故障进行有效识别；同时，光学传感器作为一种位置检测和反馈装置，具有非接触、响应快、性能可靠、准确度高、分辨率高等优点，在各类旋转动力设备的常规检测[2]、故障诊断及状态监测中被广泛采用。在以上研究及应用中，转速波动信息的准确提取是一个核心和共性问题。为得到有效的转速波动信息，需要对瞬间角速度进行测量，常用于瞬间角速度测量的传感器包括光电传感器、霍尔传感器、光纤传感器、光电编码器等等。由于霍尔传感器的齿盘和光电编码器本身会成为旋转设备的负载，可能会影响到被测设备本身的参数。另外，需要专门制作齿盘及一定的安装技巧。因此不适合现场测量。在被测旋转设备外围粘贴等距黑白格纸带结合光学传感器采集瞬间转速是一种适合于现场测量的方法，但由于纸带连接处或被测旋转体局部不平整往往造成的纸带黑白格局部不均匀分布，导致其所代表的角位移值级据此角位移值计算得到的瞬间转速会有很大误差。本文对纸带用于瞬间转速测量时由于纸带连接处或被测旋转体局部不平整所造成的纸带黑白格局部不均匀分布问题提出了一种解决方法，并可以在转速周期性波动的情况下成功分析了不均匀分布黑白格代表的角位移值。实验数据表明，使用此方法，有效的解决了由于局部黑白格不均匀分布造成的瞬间转速突变问题，提高了测试精度。同时，由于纸带粘贴到被测旋转体表面不会对其固有的参数产生任何影响，并且易于安装实现，因此非常适合于现场测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于转速周期性波动情况下瞬间转速测试方法。本专利技术采用傅里叶模型拟合方法，对等距黑白格纸带用于瞬间转速测量时由于纸带连接处或被测旋转体局部不平整所造成的纸带黑白格局部不均匀分布问题提出解决方案，可以在转速周期性波动的情况下成功分析了不均匀分布黑白格代表的角位移值。技术方案如下：一种用于转速周期性波动情况下瞬间转速测试方法，在旋转设备旋转面粘贴反光等距黑白格纸带，设备旋转时，通过光学传感器采集转速信号，通过对转速信号进行分析，得到通过某段角位移的瞬间转速。其特征在于，在转速周期性波动的情况下，采用傅里叶模型拟合方法对局部不均匀分布的黑白格代表的角位移值进行精确矫正。优选地，计算包含以下步骤。步骤1：在被测旋转设备旋转面粘贴等距黑白格纸带，黑白格纸带经过光学传感器识别区域时，即原始转速信号；步骤2：采集光学传感器输出的转速信号；步骤3：将转速信号中通过一组黑白格产生的波形作为一个瞬间转速周期，即，对每个瞬间转速周期采集的模拟信号数据个数进行计数，形成数据系列；步骤4：以每个瞬间转速周期采集到的数据个数作为y轴，其对应的瞬间转速周期序号作为x轴，采用傅里叶模型对其进行拟合，其中，a0为直流分量，ai为余弦系数，bi为正弦系数，ω为角频率，nω为n次谐波角频率；步骤5：对与拟合曲线偏离距离较大的数据点，称为突变齿，将突变齿的序列号作为自变量，代入傅里叶拟合模型函数计算，按照拟合函数得到的经过此突变齿正常情况下应采集的数据个数，将其记为c2；步骤6：将原始采集的转速信号中经过此突变齿采集的数据个数记为为c1，则非均匀分布的黑白格组所代表的角位移值为正常分布的黑白格组所代表的角位移值的c1/c2倍；步骤7：定义异常系数α＝c1/c2，正常数据点被称为正常齿的异常系数α＝1，设在被测旋转设备外围粘贴的纸带中包含s组黑白格，其中异常齿m个，正常齿n个，则异常齿的异常系数表示为α1,α2......αm，可得，对于正常齿，其代表的角位移值为：因此，可将任一组黑白格对应的角位移值表示为αiθ，其中ai为异常系数，正常黑白格组的异常系数为1；步骤8：设某一组黑白格代表的角位移值为αiθ，采样率为fc，本组黑白格产生的速度信号周期内采样到的数据个数为Nc，则经过本组黑白格的平均转速为作为经过本段角位移的瞬间转速。本专利技术的重要意义在于：提出一种在转速周期性波动的情况下，对局部非均匀齿代表的角位移值进行精确分析的方法，从而为瞬间转速的准确测量提供了基础。此外，提供了用于测试的技术方案。本专利技术所需设备简单，测量精度高，特别适用于转速周期性波动情况下对瞬间转速的现场测量。附图说明图1是本专利技术的测试系统试验台的三维视图；图2是传感器与纸带相对位置安装示意图；图3是传感器反馈信号示意图；图4是瞬间转速测试系统结构图；图5是纸带连接处导致黑白格组宽度异常示意图；图6是原始转速信号示意图；图7是每组黑白格(1个瞬间转速测量周期)采集数据个数示意图；图8是傅里叶模型函数拟合曲线示意图；图9是傅里叶拟合模型分析处理后异常齿代表角位移值示意图。具体实施方式本专利技术的系统构成包括：粘贴在被测旋转面的等距黑白格纸带、光学传感器、采集前端和转速信号分析软件系统。如图1所示转速测试实验台，试验台可实现匀速转动、以某种信号激励的非匀速转动。将纸带粘贴与硅油减振器侧面，由斑马纸带配合光学传感器完成转速信号采集，如图2所示。光学传感器通过对黑白区域识别后，输出不同电压，黑格区域输出高电平，白格区域输出低电平，当一组黑白格经过传感器时，输出一个周期的方波信号，如图3所示，其作用相当于齿盘中一个齿经过传感器。因此，在本说明中，“一个齿”含义与“一组黑白格”相同，如果在齿盘中出现类似纸带的局部非均匀分布情况，也可以使用本专利技术的方法对其代表的角位移值进行分析计算。设在被测硅油减振器侧面粘贴了具有M组黑白格的的纸带，在均匀分布的理想状态下，每组黑白格对应角位移为2π/M(rad)，使用ADC对一组产生的速度信号进行采样，ADC的采样率为fc，通过本组黑白格产生的速度信号周期内采样到的数据个数为Nc，则经过本组黑白格的平均转速为作为经过本段角位移的瞬间转速。采集前端采用直接A/D转换的方法对电压信号进行采集，可采集4路同步电压信号，提供4通道200KHz，单通道50KHz高速实时采样，经标定，实际单通道采集速度为51836Hz。采集前端通过USB接口与计算机通讯，将A/D后的数据传送到计算机进行存储分析。瞬间转速测试系统构成如图4所示。使用纸带实际测量时实，受纸带结合处及被测试旋转体表面光滑程度的影响，把一组黑白格看作一个齿的话，粘贴到旋转被测体旋转面后个别齿的实际宽度是不均匀的，例如纸带接口，如图5所示。黑白格组宽度不均匀处导致经过本段角位移的时间增大或减小，如果将其误认为均匀齿，按照公式进行计算，得到经过本齿的瞬间角速度会突然增大或减小，具有较大的误差，因此需要对非均匀宽度黑白格代表的实际角位移值进行分析。(傅里叶模型拟合法进行分析计算)如图6所示，为采集到的一段原始转速信号。2个相邻的上升沿之间的部分为经过一组黑白格产生的信号，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于转速周期性波动情况下瞬间转速测试方法，在旋转设备旋转面粘贴反光等距黑白格纸带，设备旋转时，通过光学传感器采集转速信号，通过对转速信号进行分析，得到通过某段角位移的瞬间转速。其特征在于，在转速周期性波动的情况下，采用傅里叶模型拟合方法对局部不均匀分布的黑白格代表的角位移值进行精确矫正。

【技术特征摘要】
1.一种用于转速周期性波动情况下瞬间转速测试方法，在旋转设备旋转面粘贴反光等距黑白格纸带，设备旋转时，通过光学传感器采集转速信号，通过对转速信号进行分析，得到通过某段角位移的瞬间转速。其特征在于，在转速周期性波动的情况下，采用傅里叶模型拟合方法对局部不均匀分布的黑白格代表的角位移值进行精确矫正。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用傅里叶模型拟合方法对局部不均匀分布的黑白格代表的角位移值进行精确矫正的方法，包含以下步骤：步骤1：在被测旋转设备旋转面粘贴等距黑白格纸带，黑白格纸带经过光学传感器识别区域时，即原始转速信号；步骤2：采集光学传感器输出的转速信号；步骤3：将转速信号中通过一组黑白格产生的波形作为一个瞬间转速周期，即，对每个瞬间转速周期采集的模拟信号数据个数进行计数，形成数据系列；步骤4：以每个瞬间转速周期采集到的数据个数作为y轴，其对应的瞬间转速周期序号作为x轴，采用傅里叶模型对其进行拟合，其中，a0为直流分量，ai为余弦系数，bi为正弦系数，ω为角频...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕凤荣，毕晓博，马腾，杨晓，李鑫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12