TWI432762B - 雷達波感測裝置及方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種雷達波感測裝置及方法。
隨著工具機對於高精密度的要求提高，對於量測轉動元件的不平衡量及微振動量的要求亦越顯重要。現有常用於量測轉動元件的微振量之感測器包括加速度計、速度計、力規或微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)製程加速度感測裝置等工具；而常用於量測轉動元件偏心量之感測裝置包括電子式位移計或千分表等工具；常用於非接觸式量測轉動元件之旋轉面上的微振動量之感測器包括雷射干涉儀、三角雷射位移計、渦電流位移計或電感電流位移計等工具。
一般量測工具機的轉動元件(即轉子)所產生不平衡值之最常用的工具為加速度計，但其為間接量測轉動元件表面之微振動量。若使用千分錶則僅適於進行靜態偏擺量測，對於高速旋轉後的量測則常因接觸力量造成轉動之動態微振動量不正確，且接觸式量測轉動元件易損毀轉動元件表面及感測器本身。此外，使用雷射干涉儀或電感電流位移計可能是較佳的選擇，但其價格及體積較大為其被選用時甚需考量之問題。
本揭露是有關於一種雷達波感測裝置及方法，利用雷達波以非接觸式感測轉動元件之微振動量，並據以進行後續調整，本揭露所述之轉動元件亦指一轉動受測件，不屬於本揭露裝置之一元件，然為清楚描述，故作如此說明。
根據本揭露之第一方面，提出一種雷達波感測裝置，用以感測一轉動元件，包括一奈秒脈衝近場感測器以及一控制單元。奈秒脈衝近場感測器用以發射一入射雷達波，並接收入射雷達波打至轉動元件表面之一反射雷達波，以得到反射雷達波對入射雷達波之頻率改變量。控制單元用以依據該頻率改變量以感測或控制該轉動元件之微振動量。
根據本揭露之第二方面，提出一種雷達波感測方法，包括下列步驟。利用一奈秒脈衝近場感測器以發射一入射雷達波並接收入射雷達波打至一轉動元件表面之一反射雷達波以得到反射雷達波對入射雷達波之頻率改變量。利用一控制單元以依據該頻率改變量以感測或控制該轉動元件之微振動量。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本揭露所提出之雷達波感測裝置及方法，利用雷達波以非接觸式感測轉動元件之微振動量，再將感測到的微振動量回饋至控制單元進行後續處理，進而據以回授控制轉動元件之轉速或微振動量。
請參照第1圖，其繪示依照一實施範例之雷達波感測裝置之示意圖。雷達波感測裝置100用以感測一轉動元件110，其包括一轉子架設平台105、一奈秒脈衝近場感測器(Nano-second Pulse Near-field sensor)130、一控制單元140以及一轉速調節器150。轉子架設平台105用以承載轉動元件110，以提供一校準平台。轉動元件110可以為一標準轉子(rotor)，然並不限制。此外，雷達波感測裝置100可更包括一轉速量測裝置，用以確認轉動元件之轉速。
奈秒脈衝近場感測器130用以發射一入射雷達波，此入射雷達波例如為一高頻電磁波。奈秒脈衝近場感測器130更用以接收入射雷達波打至轉動元件110表面之一反射雷達波以得到反射雷達波對入射雷達波之頻率改變量。控制單元140可利用無線傳輸方式，例如採用一無線通訊模組以接收感測器得到的頻率改變量，並依據頻率改變量感測轉動元件110之微振動量。無線通訊模組可以為一藍芽裝置、一WiFi裝置或一射頻(RF)裝置。本實施範例中頻率改變量的感測實質上係依據都卜勒效應得到。
於第1圖中，若轉動元件110在沿著奈秒脈衝近場感測器130與轉動元件110的連線方向上有移動速度分量，則依據都卜勒效應可以得知，反射雷達波的頻率會偏離奈秒脈衝近場感測器130發出的入射雷達波的頻率。假定入射雷達波的週期為T，轉動元件110的移動速度分量為V(m/s)，偵測轉動元件110距離為D(m)，微振動量為d(m)，則可以得到下述公式(1)。
D=d-VT 公式(1)
更進一步假定雷達波頻率改變量為f0
，改變後之週期改變量為T0
(s)，c為光速(3×108
m/s)，則可以得到下述公式(2)。
f0
=1/T0
=c/(d-VT)=f/(1-V/c) (2)
如此藉由頻率改變量f0
即可感測出轉動元件110的振動頻率範圍，進而得到轉動元件110的微振動量，此微振動量可為轉動元件110在高動態旋轉下之橫向或徑向微振動量，如第2圖所示。
控制單元140在感測得到轉動元件110之微振動量後，更可以依據微振動量回授控制轉速調節器150，以調節轉動元件110之轉速，進而實現高階智慧型自動化設備動平衡檢測回饋控制之可行性。
此外，本實施範例更揭露一種雷達波感測方法，包括下列步驟。利用一轉子架設平台以承載一轉動元件。利用一奈秒脈衝近場感測器以發射一入射雷達波，並接收入射雷達波打至轉動元件表面之一反射雷達波，以得到反射雷達波對入射雷達波之頻率改變量。利用一控制單元以依據該頻率改變量以感測或控制該轉動元件之微振動量。利用控制單元以回授控制一轉速調節器，以調節轉動元件之轉速。
上述之雷達波感測方法之運作原理係已詳述於雷達波感測裝置100及其相關內容中，故於此不再重述。
本揭露上述實施例所揭露之雷達波感測裝置及方法，採用非接觸式的高頻雷達波以感測旋轉元件的微振動量，非如傳統一般接觸式的間接性量測，可提供高精準度的量測結果。而在非接觸式的高頻雷達波感測到旋轉元件的微振動量後，再將感測到的微振動量回饋進行後續的處理或調整，以回授控制轉速。由於非如傳統採用雷射干涉儀，故不會花費高額費用，且造價便宜。
綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧雷達波感測裝置
105‧‧‧轉子架設平台
110‧‧‧轉動元件
130‧‧‧奈秒脈衝近場感測器
140‧‧‧控制單元
150‧‧‧轉速調節器
第1圖繪示依照一實施範例之雷達波感測裝置之示意圖。
第2圖繪示依照一實施範例之轉動元件在高動態旋轉下之示意圖。
100．．．雷達波感測裝置
105．．．轉子架設平台
110．．．轉動元件
130．．．奈秒脈衝近場感測器
140．．．控制單元
150．．．轉速調節器
Claims (8)
- 一種雷達波感測裝置，用以感測一轉動元件，包括：一奈秒脈衝近場感測器，用以發射一入射雷達波並接收該入射雷達波打至該轉動元件表面之一反射雷達波，以得到該反射雷達波對該入射雷達波之頻率改變量；一控制單元，用以依據該頻率改變量以感測或控制該轉動元件之微振動量；以及一轉速調節器，用以調節該轉動元件之轉速；其中該控制單元更用以依據感測得到之該微振動量回授控制該轉速調節器，以調節該轉動元件之轉速。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷達波感測裝置，更包括：一轉子架設平台，用以承載該轉動元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷達波感測裝置，其中該控制單元包括一無線通訊模組，用以接收該頻率改變量。
- 如申請專利範圍第1項所述之雷達波感測裝置，更包括一轉速量測裝置，用以確認該轉動元件之轉速。
- 一種雷達波感測方法，包括：利用一奈秒脈衝近場感測器以發射一入射雷達波，並接收該入射雷達波打至一轉動元件表面之一反射雷達波，以得到該反射雷達波對該入射雷達波之頻率改變量；利用一控制單元以依據該頻率改變量以感測或控制該轉動元件之微振動量； 利用一轉速調節器以調節該轉動元件之轉速；以及利用該控制單元以回授控制該轉速調節器，以調節該轉動元件之轉速或其微振動量。
- 如申請專利範圍第5項所述之雷達波感測方法，更包括：利用一轉子架設平台以承載該轉動元件。
- 如申請專利範圍第5項所述之雷達波感測方法，更包括：利用該控制單元之一無線通訊模組以接收該頻率改變量。
- 如申請專利範圍第5項所述之雷達波感測方法，更包括利用一轉速量測裝置以確認該轉動元件之轉速。
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