本發(fā)明專利技術(shù)公開了屬于轉(zhuǎn)速測量技術(shù)范圍的一種基于靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置及方法。該靜電傳感器陣列測轉(zhuǎn)速裝置包括：在被測旋轉(zhuǎn)部件邊緣外圍等距離安裝一組靜電傳感器，組成靜電傳感器陣列，靜電電傳感器陣列通過靜電感應(yīng)產(chǎn)生一個反映部件旋轉(zhuǎn)信息的靜電信號，該靜電信號由調(diào)理單元將信號放大、濾波，經(jīng)信號處理單元送入微處理器系統(tǒng)，在微處理器內(nèi)對全部靜電信號進行多路相關(guān)分析、轉(zhuǎn)速計算并進行數(shù)據(jù)融合，進而獲得被測旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速。相比于現(xiàn)有的模擬法、頻閃法、計數(shù)法等轉(zhuǎn)速測量方法，靜電傳感器陣列測轉(zhuǎn)速法構(gòu)造簡單、成本低、不易受環(huán)境因素的影響，屬于非接觸測量方法，且具有較高的準(zhǔn)確性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于轉(zhuǎn)速測量技術(shù)范圍，特別涉及ー種。
技術(shù)介紹
轉(zhuǎn)速是反映旋轉(zhuǎn)設(shè)備運行狀況的重要參數(shù)之一。轉(zhuǎn)速測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于エ業(yè)領(lǐng)域中發(fā)電機、電動機、離心機、機床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗運轉(zhuǎn)及速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。轉(zhuǎn)速測量精度、實時性和可靠性是保障高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備正常運行的關(guān)鍵，因此，尋找一種精確、快速、經(jīng)濟的轉(zhuǎn)速測量方法有著重要的現(xiàn)實意義。隨著科學(xué)技術(shù)的進歩，轉(zhuǎn)速測量方法已經(jīng)從過去的接觸式測量、非接觸式測量發(fā)展到現(xiàn)在的視頻技術(shù)測量轉(zhuǎn)速。但是，每種測量方法都存在其局限性。例如，機械式轉(zhuǎn)速計測量精度不高，測量范圍有限；光電式轉(zhuǎn)速計容易受電磁干擾和轉(zhuǎn)動干擾且易受到惡劣環(huán)境的影響；磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速計溫度誤差大，在結(jié)構(gòu)上對旋轉(zhuǎn) 磁鋼和鋁盤的軸的對稱性要求高；頻閃式轉(zhuǎn)速計測量時要求轉(zhuǎn)速狀態(tài)穩(wěn)定，不適合高速測量。本專利技術(shù)提出的一種基于靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的轉(zhuǎn)速測量方法，是利用被測旋轉(zhuǎn)物體與空氣等介質(zhì)的相對運動產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)物體表面積累靜電荷，并在靜電傳感器陣列上產(chǎn)生感應(yīng)電荷。通過靜電傳感器對感應(yīng)電荷放大，經(jīng)過信號調(diào)理、處理后，進行相關(guān)性分析、計算和數(shù)據(jù)融合，最后得到旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速。此方法屬于非接觸式測量，避免了機械磨損，成本低，而且適用于惡劣的環(huán)境條件。特別是在相對高轉(zhuǎn)速情況下，可以快速、準(zhǔn)確地測量轉(zhuǎn)速。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種。一種基于靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置，其特征在于，所述靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置的組成靜電傳感器I均勻分布在被測旋轉(zhuǎn)部件邊緣外圍組成靜電傳感器陣列，感應(yīng)所在位置處旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動信息；每個靜電傳感器I表面涂覆電極絕緣材料3，由電極絕緣材料3與金屬屏蔽殼4絕緣；每個靜電傳感器I的輸出都通過信號線與信號調(diào)理單元5連接，信號調(diào)理單元5通過信號處理單元6與微處理器系統(tǒng)7連接。所述信號處理單元6的輸出連接至微處理器系統(tǒng)7的互相關(guān)分析模塊連接；所述微處理器系統(tǒng)7包括串聯(lián)的互相關(guān)分析模塊、轉(zhuǎn)速計算模塊和數(shù)據(jù)融合模塊；所述靜電傳感器為細(xì)條狀的靜電電極，在轉(zhuǎn)軸截面轉(zhuǎn)動方向，電極寬度取決于被測旋轉(zhuǎn)部件的尺寸和所采用靜電電極個數(shù)，取值為l-5mm;在轉(zhuǎn)軸的軸向，電極長度為10-30mmo所述靜電傳感器陣列根據(jù)被測旋轉(zhuǎn)部件大小差異、轉(zhuǎn)速測量精度高低相應(yīng)的調(diào)整靜電電極個數(shù)為2至8個電扱，2至8個靜電電極足以滿多種應(yīng)用場合。所述細(xì)條狀靜電電極由不銹鋼或銅片制成，電極絕緣材料由聚氯こ烯、環(huán)氧樹脂或聚基酰胺制成。所述金屬屏蔽殼由不銹鋼或銅制成，并將全部電極屏蔽，防止外界因素對靜電傳感器陣列的干擾。ー種靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置的轉(zhuǎn)速測量方法，其特征在干，利用靜電傳感器陣列感應(yīng)所在位置處旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動信息，該轉(zhuǎn)動信息代表著不同位置的靜電信號，靜電信號通過信號調(diào)理單元5進行放大、濾波后，經(jīng)信號處理單元6送入微處理器系統(tǒng)7，由互相關(guān)分析模塊、轉(zhuǎn)速計算模塊和數(shù)據(jù)融合模塊對靜電信號進行多路相關(guān)分祈、轉(zhuǎn)速計算并進行數(shù)據(jù)融合，最終得到被測旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速，其中，當(dāng)靜電傳感器陣列的靜電電極個數(shù)為η時，信號多路相關(guān)分析計算轉(zhuǎn)速模型如下 Iil M = (^~(I)Σ Σ Ψ,^(2) ΣΣ^2>,(々)ろ(々+坩)べ⑷=廠..................................Y卜-Λ⑴^ --(4)Ty其中，▽為旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動的平均線速度，η為電極個數(shù)，L為相鄰兩電極中心之間的弧長。Xi (k), Xj (k) (k=0, I, 2, ···, N-1, ···, N+M-l ；i, j=l, 2，…，η)分別表不等間隔尚散化的靜電信號Xi (t)和\(t)，Ν為采樣點數(shù)，M為延時點數(shù)的最大值。Tu為相關(guān)函數(shù)的渡越時間，即被測旋轉(zhuǎn)部件從電極i轉(zhuǎn)到電極j的時間。m (m=0, I,…，Μ)為對應(yīng)于延時τ的延時點數(shù)。Rij. (m) (i, j=l, 2，…，η)為Xi (k)和Xj (k)的歸ー化互相關(guān)函數(shù)，r^·為互相關(guān)系數(shù)，即Ru(m)的峰值高度。為由第i個和第j個靜電電極信號所得的線速度。所述利用多路相關(guān)計算的結(jié)果分析得到被測部件的正向或反向的旋轉(zhuǎn)方向。本專利技術(shù)有益效果是采用了結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕和安裝容易的靜電傳感器陣列對旋轉(zhuǎn)部件感應(yīng)實時監(jiān)測轉(zhuǎn)速；靜電傳感器直接獲取旋轉(zhuǎn)部件表面的靜電信息，通過信號調(diào)理、處理單元減小背景噪聲對有用信號的影響；其次，利用信號相關(guān)性原理建立靜電信號與轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)得到實時、可靠的旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)速。附圖說明圖I為基于四電極的靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置結(jié)構(gòu)及測量原理示意圖，圖中1.靜電傳感器，2.被測旋轉(zhuǎn)部件，3.電極絕緣材料，4.金屬屏蔽売，5.信號調(diào)理單元，6.信號處理單元，7.微處理器系統(tǒng)。圖2為被測旋轉(zhuǎn)部件的軸向示意圖。圖3為六電極靜電傳感器陣列分布示意圖。圖4為八電極靜電傳感器陣列分布示意圖。 具體實施例方式本專利技術(shù)提供一種。下面結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)予以說明如下圖1、2所示為基于四電極的靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置結(jié)構(gòu)及測量原理示意圖。圖中，所述靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置的組成靜電傳感器I均勻分布在被測旋轉(zhuǎn)部件邊緣外圍的A、B、C、D處組成靜電傳感器陣列，以感應(yīng)所在位置(如圖I、圖2、圖3和圖4中的A、B、C、D。E、F、G、H)處旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動信息；每個靜電傳感器I表面涂覆絕緣材料3，由絕緣材料3與金屬屏蔽殼4絕緣；每個靜電傳感器I的輸出都通過信號線與信號調(diào)理單元5連接，信號調(diào)理單元5通過信號處理單元6的輸出連接至微處理器系統(tǒng)7的互相關(guān)分析模塊連接；其中，微處理器系統(tǒng)7包括串聯(lián)的互相關(guān)分析模塊、轉(zhuǎn)速計算模塊和數(shù)據(jù)融合模塊。所述靜電傳感器為細(xì)條狀的靜電電極，在轉(zhuǎn)軸截面轉(zhuǎn)動方向，電極寬度取決于被測旋轉(zhuǎn)部件的尺寸和所采用靜電電極個數(shù)，取值為l-5mm;在轉(zhuǎn)軸的軸向，電極長度為10-30mmo所述靜電傳感器陣列根據(jù)被測旋轉(zhuǎn)部件大小差異、轉(zhuǎn)速測量精度高低相應(yīng)的調(diào)整靜電電極個數(shù)為2至8個電扱，2至8個靜電電極足以滿多種應(yīng)用場合。所述細(xì)條狀靜電電極由不銹鋼或銅片制成，電極絕緣部分由聚氯こ烯或環(huán)氧樹月旨、聚基酰胺等絕緣材料制成。所述金屬屏蔽殼由不銹鋼或銅制成，并將全部電極屏蔽，防止外界因素對靜電傳感器陣列的干擾。ー種靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置的轉(zhuǎn)速測量方法，其特征在干，利用靜電傳感器陣列感應(yīng)所在位置處旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動信息，該轉(zhuǎn)動信息代表著不同位置的靜電信號，靜電信號通過信號調(diào)理單元5進行放大、濾波后，經(jīng)信號處理單元6送入微處理器系統(tǒng)7，由互相關(guān)分析模塊、轉(zhuǎn)速計算模塊和數(shù)據(jù)融合模塊對靜電信號進行多路相關(guān)分祈、轉(zhuǎn)速計算并進行數(shù)據(jù)融合，最終得到被測旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速，其中，當(dāng)靜電傳感器陣列的靜電電極個數(shù)為η時，信號多路相關(guān)分析計算轉(zhuǎn)速模型如下RPM =(I )HL權(quán)利要求1.一種靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置，其特征在于，所述靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置的組成靜電傳感器(I)均勻分布在被測旋轉(zhuǎn)部件邊緣外圍組成靜電傳感器陣列，感應(yīng)所在位置處旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動信息；每個靜電傳感器(I)表面涂覆電極絕緣材料(3)，由電極絕緣材料(3)與金屬屏蔽殼(4)絕緣；每個靜電傳感器(I)的輸出都通過本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置，其特征在于，所述靜電傳感器陣列和數(shù)據(jù)融合的轉(zhuǎn)速測量裝置的組成：靜電傳感器（1）均勻分布在被測旋轉(zhuǎn)部件邊緣外圍組成靜電傳感器陣列，感應(yīng)所在位置處旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動信息；每個靜電傳感器（1）表面涂覆電極絕緣材料（3），由電極絕緣材料（3）與金屬屏蔽殼（4）絕緣；每個靜電傳感器（1）的輸出都通過信號線與信號調(diào)理單元（5）連接，信號調(diào)理單元（5）通過信號處理單元（6）與微處理器系統(tǒng)（7）連接。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆勇，王麗娟，錢相臣，
申請(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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