一种嵌入式角位移在线测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种嵌入式角位移在线测量方法及装置，刻度盘设置在被测工件上，能够随被测工件转动相应角度，刻度盘上设置有位移传感器，刻度盘随着被测工件的转动而转过一定的角度，安装在刻度盘上方的位移传感器将输出一系列的脉冲信号，对脉冲信号进行降噪及脉冲计数即可计算旋转角位移的大小。本发明专利技术结构简单，安装方便，测试精度高，可实现在狭小空间中角位移的在线测量。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式角位移在线测量方法及装置
本专利技术属于角位移测量
，具体涉及一种嵌入式角位移在线测量方法及装置。
技术介绍
装甲车是具有装甲防护的各种履带或轮式军用车辆，是装有装甲的军用或警用车辆的统称。装甲车具有高度的越野机动性能，为了达到作战目的经常需要频繁的制动，制动器工作温度高且制动片会产生磨损，从而减弱制动效果甚至使刹车失灵，引发事故。角位移是描述物体发生转动时位置变化的物理量，对于装甲车而言，为了能够实时了解制动器制动片的磨损状态，及时更换制动片以保证装甲车的制动效果，需要对制动器的角位移进行测量。目前有的角位移测量方法是采用人工读取刻度的方式来测量角位移的大小，此种方法极易产生误差，其中包括因人工视觉而带来的误差；并且此种方法需要待机械停止之后方可读数无法做到实时在线监测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种嵌入式角位移在线测量方法及装置，能够精确反映旋转机械的实时运行状态。本专利技术采用以下技术方案：一种嵌入式角位移在线测量装置，包括刻度盘，刻度盘设置在被测工件上，能够随被测工件转动相应角度，刻度盘上设置有位移传感器。具体的，刻度盘的表面均匀分布有沟槽。具体的，沟槽在刻度盘表面的分布精度为θ＝0.1°～0.5°。具体的，刻度盘的检测范围为0～15°。具体的，位移传感器通过磁座夹装在刻度盘上方，通过调理器调节至初始位置。本专利技术的另一技术方案是，一种嵌入式角位移在线测量方法，利用所述的嵌入式角位移在线测量装置，包括以下步骤：S1、转动被测工件，采集时域信号，提取含角位移的一维信号y(t)；S2、调节高通滤波器参数K，确定参数矩阵B，引入广义MoreauEnvelope函数，计算罚函数S3、根据最小化RMSE的准则设置正则化参数λ＞0，利用步骤S1提取的一维信号y(t)和步骤S2得到的罚函数计算目标函数S4、采用前向后向算法进行迭代求解完成对步骤S3目标函数的优化，得到降噪后的信号；S5、引用脉冲峰值计数算法提取步骤S4降噪后脉冲信号的峰值，采用MATLAB内置findpeaks函数提取降噪后脉冲信号的峰值并完成脉冲计数，得到经过刻度盘上沟槽的数目，将得到的数目乘以单位沟槽代表的位移值，得到总的旋转角位移。具体的，步骤S2中，罚函数具体为：其中，x为重构出的特征信号，表示与x同样长度的信号，为实数集，D为一阶差分双对角矩阵。具体的，步骤S2中，参数矩阵B的确定过程如下：设表示每个元素均为1的列向量，当参数矩阵B取αpT时，罚函数为当取与αpT正交的参数矩阵B时，将参数矩阵B的确定问题转化为参数矩阵C的确定问题，通过获得高通滤波器H，高通滤波器H满足|Hf(ω)|≤1且Hf(0)＝0，使用高通滤波器H的参数K调节参数矩阵B。具体的，步骤S3中，目标函数具体为：其中，表示引入广义MoreauEnvelope函数，为一阶差分双对角矩阵。具体的，步骤S4中，采用前向后向算法进行迭代求解完成对目标函数的优化得到降噪后的信号具体为：设λ＞0，C为参数矩阵，D为一阶差分矩阵，为M×N阶实数集，目标函数如下：f2(x)＝λ||Dx||1其中，y为含角位移的一维信号，x为重构出的特征信号，λ为正则化参数，SC为参数取C是临近算子的Moreau包络；根据链式求导法则，有：其中，为函数f1(x)的梯度，DT为一阶差分矩阵D的转置，CT为参数矩阵C的转置，v为表示与x同样长度的信号；使用前向后向算法，取μ＝1，得到迭代公式，基于迭代求解完成对目标函数的优化，得到降噪后的信号，迭代公式具体为：z(i)＝BTC(Dx(i)-v(i))x(i+1)＝tvdλ(y+λz(i))其中，v(i)为信号v的第i个分量，x(i)为重构出的特征信号x的第i个分量，z(i)为信号z的第i个分量，tvdλ表示采用全变分降噪方法进行计算，x(i+1)为重构出的特征信号x的第i+1个分量。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种嵌入式角位移在线测量装置，主要测量部件为位移传感器及刻度盘，制造、安装及调试都很简单，制造成本低；被测工件旋转时，刻度盘将随着工件旋转一定角度，位移传感器输出一系列脉冲信号，采用MATLAB内置“findpeaks函数”实现脉冲峰值检测及计数，用计数结果乘以刻度盘分布精度即为角位移大小，通过传感器测量刻度盘的位移变化即可反映角位移的大小，能够实现角位移的在线测量，测量精度高；将被测工件的角位移测量转化为测量编码盘的脉冲信号数量，解决了工程实际中在狭小空间中角位移无法测量的问题。进一步的，刻度盘表面均匀分布有沟槽，能够将被测工件的角位移测量转换为位移传感器输出一定数量的脉冲信号，实现狭小空间角位移的测量。进一步的，沟槽在刻度盘表面的分布精度可为θ＝0.1°～0.5°，可依照选用位移传感器的分辨率进行加工。进一步的，刻度盘的检测范围为0～15°是依照工程实际中某型车辆制动器制动过程中制动盘旋转角度而定。进一步的，位移传感器采用磁座夹装在刻度盘上方，方便对传感器进行调节及安装。一种嵌入式角位移在线测量方法，通过上述装置进行试验过程中会产生大量的噪声，角位移往往会淹没于噪声中，通过引入广义MoreauEnvelope函数的全变分降噪算法，能够在噪声中提取精确的提取出角位移信号，引用脉冲峰值计数算法提取降噪后脉冲信号的峰值，采用MATLAB内置findpeaks函数提取降噪后脉冲信号的峰值并完成脉冲计数，从而可实现对角位移的量化。进一步的，设置罚函数是为了使得全变分降噪正则项保持非凸性质，同时保持目标函数F(x)的整体凸性，使得重构信号具有更加真实的幅值，相比经典全变分降噪效果有了质的飞跃。进一步的，GME-TV降噪模型对于信号中快变噪声与阶跃性信号成分的非一致性惩罚规则主要依赖于参数矩阵B，通过改变参数矩阵B，可以调节GME-TV算法的降噪效果。进一步的，采用前向后向(FBS)算法完成对目标函数的优化，得到降噪后的信号。综上所述，本专利技术结构简单，安装方便，测试精度高，可实现在狭小空间中角位移的在线测量。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术的测试原理图；图2为刻度盘局部放大图；图3为验证算法所构造的无噪声仿真信号示意图；图4为验证算法所构造的含噪声仿真信号示意图；图5为采用经典算法去噪结果(ClassicTV)示意图；图6为验证算法所构造的含噪仿真信号及去噪结果(GME-TV)示意图；图7为去噪后脉冲信号计数结果示意图。其中：1.位移传感器；2.刻度盘；3.被测工件；4.螺栓。具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式角位移在线测量装置，其特征在于，包括刻度盘(2)，刻度盘(2)设置在被测工件(3)上，能够随被测工件(3)转动相应角度，刻度盘(2)上设置有位移传感器(1)。/n

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式角位移在线测量装置，其特征在于，包括刻度盘(2)，刻度盘(2)设置在被测工件(3)上，能够随被测工件(3)转动相应角度，刻度盘(2)上设置有位移传感器(1)。


2.根据权利要求1所述的嵌入式角位移在线测量装置，其特征在于，刻度盘(2)的表面均匀分布有沟槽。


3.根据权利要求2所述的嵌入式角位移在线测量装置，其特征在于，沟槽在刻度盘(2)表面的分布精度为θ＝0.1°～0.5°。


4.根据权利要求1所述的嵌入式角位移在线测量装置，其特征在于，刻度盘(2)的检测范围为0～15°。


5.根据权利要求1所述的嵌入式角位移在线测量装置，其特征在于，位移传感器(1)通过磁座夹装在刻度盘上方，通过调理器调节至初始位置。


6.一种嵌入式角位移在线测量方法，其特征在于，利用权利要求1所述的嵌入式角位移在线测量装置，包括以下步骤：
S1、转动被测工件，采集时域信号，提取含角位移的一维信号y(t)；
S2、调节高通滤波器参数K，确定参数矩阵B，引入广义MoreauEnvelope函数，计算罚函数
S3、根据最小化RMSE的准则设置正则化参数λ＞0，利用步骤S1提取的一维信号y(t)和步骤S2得到的罚函数计算目标函数
S4、采用前向后向算法进行迭代求解完成对步骤S3目标函数的优化，得到降噪后的信号；
S5、引用脉冲峰值计数算法提取步骤S4降噪后脉冲信号的峰值，采用MATLAB内置findpeaks函数提取降噪后脉冲信号的峰值并完成脉冲计数，得到经过刻度盘上沟槽的数目，将得到的数目乘以单位沟槽代表的位移值，得到总的旋转角位移。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2中，罚函数具体为：



其中，x为重构出的特征信号，表示与x同样长度的信号，为实...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宏瑞，周铖，魏江，第五振坤，史江海，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61