扭振转速测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种扭振转速测量装置和方法。扭振转速测量装置包括依次 连接的齿轮测速探头、隔直分压滤波模块和放大整形模块，输出标准脉冲信 号的放大整形模块通过光电隔离模块与扭振处理模块连接，所述扭振处理模 块包括将所述标准脉冲信号的频率提高N倍并输出高频脉冲信号的锁相环N 倍频单元和根据所述高频脉冲信号获得扭振转速的扭振处理单元。本发明专利技术通 过锁相环N倍频单元对标准脉冲信号进行高倍数地均匀倍频，数百至数千倍 地提高标准脉冲信号的频率，不仅可以测量多个频率的扭振转速，而且测量 精度高，可以直接用于大轴扭振的高精度测量，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种转速测量装置和方法，特别是一种扭振转速测量装置和 方法。
技术介绍
目前，现有技术的转速测量通常是在大轴上安装测速齿轮，通过测量装 置的采集、计数和计算，最终获得大轴的转速。现有技术转速测量装置包括 齿轮测速探头、隔直分压滤波模块、放大整形模块、计数器模块、定时器模 块和显示模块，当大轴旋转时，齿轮测速探头输出转速信号(类似正弦波或 方波)，该转速信号经过隔直分压滤波模块和放大整形模块进行直流隔离、 分压、滤波、放大和整形后，得到标准脉冲信号，通过定时器模块设定数据 采样周期，计数器模块对标准脉沖信号进行周期性计数即可以计算得到标准 脉冲信号的频率，根据此频率及测速齿轮的齿数，即可计算出大轴在每个数据采样周期内的平均转速。假设安装在大轴上的测速齿轮每周有M齿(即齿数为M齿/转)，在数据 采样周期T秒内标准脉冲信号的脉冲数为S，则转速信号的频率fi为fi-S/T (Hz)，则大轴在数据采样周期T秒内的平均转速为S/T/M-fi/M (转/秒)。当测速齿轮的齿数足够多时，现有技术转速测量装置可以保证转速的测 量精度，但用于测量大轴的扭振或摇摆(微小波动)时，现有技术转速测量 装置的测量精度则无法满足要求。例如，假设测速齿轮的齿数为60齿/转，大轴转速为50转/秒，采样频 率取lOOHz,即数据采样周期取0. 01秒。采用现有技术转速测量装置测量时， 每个数据采样周期内计数器模块的计数值为50转/秒x 60齿/转x 0. 01秒-30齿，测量时计数器模块可能的误差为±1齿，因此测量相对误差在士1/30 =±3. 3%左右。实际上，扭振或摇摆的频率通常为30Hz左右，幅度约为1%， 因此，现有技术± 3. 3%左右的测量相对误差在测量1%以下的扭振或摇摆时测 量精度差，甚至无法辨识。虽然现有技术可以通过增加测速齿轮齿数的方法提高测量精度，但这种 做法不仅十分费事，而且成千上万倍地增加测速齿轮齿数也是难以实现的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，不仅可以测量多个 频率的扭振转速，而且测量精度高。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种扭振转速测量装置，包括依次连 接的齿轮测速探头、隔直分压滤波模块和放大整形模块，输出标准脉冲信号 的放大整形模块与扭振处理模块连接，所述扭振处理模块包括将所述标准脉 沖信号的频率提高N倍并输出高频脉冲信号的锁相环N倍频单元和根据所迷 高频脉沖信号获得扭振转速的扭振处理单元。所述扭振处理;f莫块还包括设置在所述锁相环N倍频单元与扭振处理单元 之间的光传输单元，所述光传输单元包括依次连接的电光转换单元、光纤传 输单元和光电转换单元。所述扭振处理单元包括依次连接的DSP单元、接口单元和计算单元。进 一步地，所述DSP单元包括依次连接的脉沖计数单元、转速计算单元和波动 转速单元，所述脉沖计数单元还连接有定时单元，所述波动转速单元还连接 有带通滤波单元或FFT处理单元。所述放大整形模块与扭振处理模块之间还设置有通过电气隔离以提高抗 干扰性能的光电隔离模块。所述扭振处理单元包括依次连接的放大单元、低通滤波单元、特征噪声 阻塞单元和带通滤波单元，所述放大单元与锁相环N倍频单元中的低通滤波单元的输出端连4矣。在上述技术方案基础上，所述锁相环N倍频单元包括鉴相单元、低通滤 波单元、压控振荡单元和N倍分频单元，所迷鉴相单元的一个输入端与光电 隔离模块连接，另一个输入端与N倍分频单元的输出端连接，低通滤波单元 与鉴相单元的输出端连接，压控振荡单元与低通滤波单元连接，N倍分频单 元的输入端与压控振荡单元连接，输出端与鉴相单元的另一个输入端连接。 进一步地，所述N倍分频单元中的倍频倍数N为1500 - 8000。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种扭振转速测量方法，包括步骤l、探测大轴旋转并获得转速信号；步骤2、对所述转速信号进行直流隔离、分压、滤波、放大和整形处理，获得标准脉冲信号；步骤3、对所述标准脉沖信号进行1500 ~ 8000倍的倍频处理，获得高频脉冲信号；步骤4、对所述高频脉冲信号进行处理，获得扭振转速。 所述步骤4包括步骤41、对所述高频脉沖信号进行周期性计数，得到采样周期内的平均 转速；步骤42、计算所述平均转速与额定转速的差，得到转速在额定转速咏近 的波动转速；波动转速进行快速傅立叶变换获得扭振转速频谱。本专利技术提供了一种，通过对齿轮测速探头输出 的转速信号进行直流隔离、分压、滤波、放大和整形处理得到标准脉沖信号， 并通过光电隔离输入到扭振处理模块中，提高了装置的抗干扰能力，并保障 了测量精度。本专利技术通过锁相环N倍频单元对标准脉冲信号进行高倍数地均 匀倍频，数百至数千倍地提高标准脉冲信号的频率，如将数kHz的标准脉冲6信号转换成数MHz甚至数十MHz的高频脉冲信号，因此提高了测量精度。本 专利技术通过对高频脉沖信号进行计数处理荻得平均转速，通过平均转速获得波 动转速，最后通过波动转速获得扭振转速频谱或扭振转速，不仅可以测量多 个频率的扭振转速，而且测量精度高，使得大轴上轴段间的微弱扭振或者转 子的微弱摇摆的准确测量成为可能。本专利技术扭振转速测量装置可以直接用于 大轴扭振(或摇摆)的高精度测量，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术扭振转速测量装置第一实施例的结构示意图； 图2为本专利技术第一实施例中采用带通滤波方式输出扭振转速的DSP单元 的结构示意图3为本专利技术第一实施例中采用FFT变换方式输出扭振转速频谱的DSP单元的结构示意图4为本专利技术第一实施例采用FFT变换得到波动转速的频谱曲线；图5为本专利技术第一实施例采用FFT变换得到波动转速的频谱曲线随时间变化的示意图6为本专利技术扭振转速测量装置第二实施例的结构示意图； 图7为本专利技术扭振转速测量装置第三实施例的结构示意图； 图8a、图8b和图8c为本专利技术第三实施例采用带通滤波方式得到三个不同频率的扭振转速波形示意图9为本专利技术扭振转速测量装置一个具体实施的电路图； 图10为本专利技术扭振转速测量装置另一个具体实施的电路图； 图11为本专利技术扭振转速测量方法的流程图； 图12为本专利技术扭振转速测量方法中获得扭振转速的流程图。附图标记说明1—齿轮测速探头； 2 —隔直分压滤波模块；3—放大整形模块；7—扭振处理单元；IO—特征噪声阻塞单元;52—低通滤波单元；71—DSP单元；710—定时单元;713—波动转速单元；5—锁相环N倍频单元;8—放大单元；ll一带通滤波单元；53—压控振荡单元；72—接口单元；711 —脉沖计数单元；714 —带通滤波单元；说明书第5/ll页6—光传输单元； 9—低通滤波单元； 51—鉴相单元； 54—N倍分频单元； 73—计算单元； 712—转速计算单元； 715—FFT处理单元。具体实施例方式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。 图1为本专利技术扭振转速测量装置第一实施例的结构示意图。如图1所示， 本实施例扭振转速测量装置包括依次连接的齿轮测速探头1、隔直分压滤波 模块2、放大整形模块3、光电隔离模块4和扭振处理模块。齿轮测速探头l 设置在测速齿轮的一侧，当大轴旋转时，齿轮测速探头1输出转速信号(类 似正弦波或方波)；隔直分压滤波模块2与齿轮测速探头1连接，用于接收 转速信号并对转速信号进行直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扭振转速测量装置，包括依次连接的齿轮测速探头、隔直分压滤波模块和放大整形模块，其特征在于，输出标准脉冲信号的放大整形模块与扭振处理模块连接，所述扭振处理模块包括将所述标准脉冲信号的频率提高Ｎ倍并输出高频脉冲信号的锁相环Ｎ倍频单元和根据所述高频脉冲信号获得扭振转速的扭振处理单元。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王绍德，
申请(专利权)人：王绍德，
类型：发明
国别省市：11