CN103913591B - 旋转设备转速测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转设备转速测量方法和装置，方法包括：在旋转设备的转轴上添加线码盘，转轴转动时，通过转速传感器发出红外线照射到线码盘的光标线，返回高电平，否则，返回低电平，获取转速传感器的一个完整的脉冲；统计脉冲内采样数据的个数，且每个采样数据对应有一个时间点；基于转速传感器的采样频率h，结合采样数据的个数，计算转轴转动一圈需要的时间；根据转轴转动一圈的时间，计算出一系列时间点上的转速R；将每个时间点上的转速至少进行两次拟合直线计算，并形成拟合直线，从拟合直线中获取实时转速。本发明是一种能够随时获取任意时间点的实时转述、精确度高、抗干扰性强并且可以适应高低转速的旋转设备转速测量方法和装置。

Description

旋转设备转速测量方法和装置

技术领域

本发明涉及一种能够随时获取任意时间点的实时转述、精确度高、抗干扰性强并且可以适应高低转速的旋转设备转速测量方法和装置。

背景技术

转速作为机械设备的基本指标之一，对机械功能，性能，状态分析皆有至关重要作用。随着机械行业自动化程度日益提高，一方面，对转速测试的精度及容错性要求更高，另一方面，对测试转速装置与其他测试装置配合，要求日益增高。如在旋转机械的故障诊断系统中，对故障频率分析时，要求频率误差在1HZ范围内，即要求转速能精确到0.02转；同时要定位振动信号的初始相位，需获取转轴转动中脉冲信号起始点。

在测试转速的设备中，普遍采用光电转速传感器，作为一种安装方便，使用简单，价格低廉，稳定可靠的传感器，光电转速传感器得到广泛使用。使用中，在转轴上添加线码盘，转轴转动时，红外线照射到光标线，返回高电平，否则，返回低电平（高低电平可设置）。基于此类传感器计算转速时，常用算法有三种：

1、“M算法”：此算法通过测量一定时间段内的转速脉冲数，根据计数与线码盘条数计算转速。

2、“T算法”：此算法通过测量单个转速周期即两个脉冲的时间差，配合线码盘条数，可计算转速。

3、“M/T算法”：此算法是“M算法”和“T算法”结合，即在某一时间段内，利用“T算法”算出一系列转速周期，再采用平均法或者是去极值平均法推导出转速。

专利CN103308707

A是一种转速测量方法，就是基于“M/T算法”。在实现过程中，利用“T算法”采集转速，并统计一段时间内，采集到转速的点数。对转速过低数据给出提示，对有效的转速，采用去极值平均法计算转速。

现有的三种技术都存在不可弥补的缺点。

1、“M算法”：此算法公认偏差较大（可达0.5转），且算法容错能力差。采用计数器，计算出来的整数是一个4舍5入的近似值，远远不能满足高精度场合的需求；并且，此算法容错性极低，数据受干扰后自动校正能力差；对实时转速的计算能力差。

2、“T算法”：此算法可计算当前瞬时转速，但算法的实现过程中，对时间测量要求较高，且容错性有待完善，若测试数据受到干扰，测试值会出现较大偏差。

3、“M/T算法”：此算法可测试某时间点转速，但对变化转速计算有偏差。并且，算法容错性有待完善。专利CN103308707

A，若测试时间段内，出现多次数据干扰，仅仅是去掉最大值和最小值，仍然会导致测试值出现较大偏差；且此算法仍存在定时器的起始关闭与计数不一致的问题。

因此，亟需一种能够随时获取任意时间点的实时转述、精确度高、抗干扰性强并且可以适应高低转速的旋转设备转速测量方法和装置。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够随时获取任意时间点的实时转述、精确度高、抗干扰性强并且可以适应高低转速的旋转设备转速测量方法。

本发明的目的之二是提供一种能够随时获取任意时间点的实时转述、精确度高、抗干扰性强并且可以适应高低转速的旋转设备转速测量装置。

为了实现上述目的之一，本发明提供的技术方案为：提供一种旋转设备转速测量方法，在旋转设备的转轴上添加线码盘，所述转轴转动时，通过转速传感器发出红外线照射到所述线码盘的光标线，返回高电平，否则，返回低电平，包括：

获取所述转速传感器的一个完整的脉冲；

统计所述脉冲内采样数据的个数，且每个所述采样数据对应有一个时间点；

基于对所述转速传感器采样时的采样频率h，结合所述采样数据的个数，计算所述转轴转动一圈需要的时间；

根据所述转轴转动一圈的时间，计算出一系列所述时间点上的转速R；将每个时间点上的转速进行拟合直线计算，并形成拟合直线，从所述拟合直线中获取实时转速。

采用L线码盘，采集时间T内的数据，以上升脉冲沿为起始点，统计一个上升脉冲沿的采样数据的个数N1，N2……Nm。。

基于所述采样频率h，计算出一系列的转速R，单位为rpm，构成长度为m的数组：R1=h*60/（N1*L）;……Rm=h*60/(Nm*L)。

将所述长度为m的数组，采用最小二乘法，计算拟合直线：

y＝ax＋b

x为时间，y为转速，偏离拟合直线阈值D的数被过滤掉，再做直线拟合。

a表示直线的斜率，b为x＝0时，y的值，即在y轴上的偏移；

对偏离拟合直线的阈值D设置为y*1.7和y*0.65，计算公式如下:

D=y*(0.3＋2t*0.7)

t＝±1;

并从所述拟合直线中，获得实时转速。

为了实现上述目的之二，本发明的技术方案为：提供一种旋转设备转速测量装置，在旋转设备的转轴上添加线码盘，所述转轴转动时，通过转速传感器发出红外线照射到所述线码盘的光标线，返回高电平，否则，返回低电平，包括：

脉冲获取单元，用于获取所述转速传感器的一个完整的脉冲；

采样数据统计单元，用于统计脉冲内采样数据的个数，且每个所述采样数据对应有一个时间点；

时间计算单元，基于对所述转速传感器采样时的采样频率h，结合所述采样数据的个数，用于计算所述转轴转动一圈需要的时间；

速度计算单元，根据所述转轴转动一圈的时间，计算出一系列所述时间点上的转速R，将每个时间点上的转速进行拟合直线计算，并形成拟合直线，从所述拟合直线中获取实时转速。

采用L线码盘，采集时间T内的数据，以上升脉冲沿为起始点，计算到下一个上升脉冲沿的采样数据的个数N1，N2……Nm。

所述速度计算单元基于所述采样频率h，计算出一系列的转速R，单位为rpm，构成长度为m的数组：R1=h*60/（N1*L）;……Rm=h*60/(Nm*L)。

所述述速度计算单元将所述长度为m的数组，采用最小二乘法，计算拟合直线：

y＝ax＋b

x为时间，y为转速，偏离拟合直线阈值D的数被过滤掉，再做直线拟合。

所述述速度计算单元还包括对偏离拟合直线的阈值D设置为y*1.7和y*0.65，计算公式如下:

D=y*(0.3＋2t*0.7)

t＝±1;

并从所述拟合直线中，获得实时转速。

与现有设计相比，本发明旋转设备测量方法和装置中：

1、采用完整脉冲计算方法，以上升脉冲沿为起始点，计算到下一个上升脉冲沿，才算一个脉冲。如果仅仅有一个上升脉冲沿，不能算作脉冲，属于不合格数据。这种完整脉冲计算方法，保证计算时间的完整性和精确性。

2、同一的时间标准。采样脉冲由晶振直接提供，误差在纳秒级，本发明直接通过采样数据，计算时间和转速，确保了转速计算的精确性。

3、对不同时间点的转速数据处理，对采样数据中干扰的处理，采用两次曲线拟合，过滤掉所有的异常数据，利用短时间转速的连续性和线性，能得出任何时间点的准确转速。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明旋转设备转速测量方法的流程框图。

图2为本发明旋转设备转速测量装置的电路原理模块图。

图3为采样波形的一个实施例的示意图。

图4为拟合直线的一个实施例的示意图。

图5为如图2所示的旋转设备转速测量装置的一个实施例的示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1、2、3、4、5所示，本发明提供一种旋转设备转速测量方法，在旋转设备1的转轴上添加线码盘2，所述转轴转动时，通过转速传感器3发出红外线照射到所述线码盘2的光标线，返回高电平，否则，返回低电平，包括：

S001获取所述转速传感器的一个完整的脉冲；

S002并统计所述脉冲内采样数据的个数，且每个所述采样数据对应有一个时间点；

S003基于对所述转速传感器采样时的采样频率h，结合所述采样数据的个数，计算所述转轴转动一圈需要的时间；

S004根据所述转轴转动一圈的时间，计算出一系列所述时间点上的转速R；将每个时间点上的转速进行拟合直线计算，并形成拟合直线，从所述拟合直线中获取实时转速。

在一个实施例中，如图3所示，采用L线码盘，采集时间T内的数据，这个时间T为200毫秒，以上升脉冲沿为起始点，统计一个上升脉冲沿的采样数据的个数N1，N2……Nm。也就是一个完整的旋转脉冲采样数个数（N1，N2……Nm）。统计出所有脉冲采样数个数。在如图4所示的实施例中，脉冲编号为1，2，3……，m-1，m，而且每个脉冲内的采样数据的个数为120，121，120……，120，119。

基于所述采样频率h，计算出一系列的转速R，单位为rpm，构成长度为m的数组：R1=h*60/（N1*L）;……Rm=h*60/(Nm*L)。

将所述长度为m的数组，采用最小二乘法，计算拟合直线：

y＝ax＋b

x为时间，y为转速，偏离拟合直线阈值D的数被过滤掉，再做直线拟合。

对偏离拟合直线的阈值D设置为y*1.7和y*0.65，计算公式如下:

D=y*(0.3＋2t*0.7)

t＝±1;

并从所述拟合直线中，获得实时转速。

如图4所示，通过两次拟合直线，得到所述转轴的转述R为1490rpm。

为了实现上述目的之二，本发明的技术方案为：提供一种旋转设备转速测量装置，在旋转设备1的转轴上添加线码盘2，所述转轴转动时，通过转速传感器3发出红外线照射到所述线码盘2的光标线，返回高电平，否则，返回低电平，包括：

脉冲获取单元10，用于获取所述转速传感器3的一个完整的脉冲，在实际应用中，可以通过如图5所示的数据采样A/D设备4进行获取；

采样数据统计单元20，用于统计脉冲内采样数据的个数，且每个所述采样数据对应有一个时间点；

时间计算单元30，基于对所述转速传感器3采样时的采样频率h，结合所述采样数据的个数，用于计算所述转轴转动一圈需要的时间；

速度计算单元40，根据所述转轴转动一圈的时间，计算出一系列所述时间点上的转速R，将每个时间点上的转速进行拟合直线计算，并形成拟合直线，从所述拟合直线中获取实时转速。

如图5所示的，转速计算模块5，包含了脉冲获取单元10、采样数据统计单元20、时间计算单元30，速度计算单元40。

如图5所示，还包括I/O口，I/O口包括显示屏6，蓝牙模块7，脉冲输出口8，蓝牙模块7可发送转速数据到蓝牙服务器；在设备故障诊断时，对于不适合长时间停留的场景，可以采用蓝牙模块7进行传输；

脉冲输出口8用在本发明与其他设备协同使用的场合，在使用此功能时，需使用单线码盘。

采用L线码盘，采集时间T内的数据，以上升脉冲沿为起始点，计算到下一个上升脉冲沿的采样数据的个数N1，N2……Nm。

所述速度计算单元基于所述采样频率h，计算出一系列的转速R，单位为rpm，构成长度为m的数组：R1=h*60/（N1*L）;……Rm=h*60/(Nm*L)。

所述述速度计算单元将所述长度为m的数组，采用最小二乘法，计算拟合直线：

y＝ax＋b

x为时间，y为转速，偏离拟合直线阈值D的数被过滤掉，再做直线拟合。

所述述速度计算单元还包括对偏离拟合直线的阈值D设置为y*1.7和y*0.65，计算公式如下:

D=y*(0.3＋2t*0.7)

t＝±1;

并从所述拟合直线中，获得实时转速。

结合图1～5，本发明旋转设备测量方法和装置中：

1、采用完整脉冲计算方法，以上升脉冲沿为起始点，计算到下一个上升脉冲沿，才算一个脉冲。如果仅仅有一个上升脉冲沿，不能算作脉冲，属于不合格数据。这种完整脉冲计算方法，保证计算时间的完整性和精确性。

2、同一的时间标准。采样脉冲由晶振直接提供，误差在纳秒级，本发明直接通过采样数据，计算时间和转速，确保了转速计算的精确性。

3、对不同时间点的转速数据处理，对采样数据中干扰的处理，采用两次曲线拟合，过滤掉所有的异常数据，利用短时间转速的连续性和线性，能得出任何时间点的准确转速。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种旋转设备转速测量方法，在旋转设备的转轴上添加线码盘，所述转轴转动时，通过转速传感器发出红外线照射到所述线码盘的光标线，返回高电平，否则，返回低电平，其特征在于，包括：

获取所述转速传感器的一个完整的脉冲；

统计所述脉冲内采样数据的个数，且每个所述采样数据对应有一个时间点；

基于对所述转速传感器采样时的采样频率h，结合所述采样数据的个数，计算所述转轴转动一圈需要的时间；

根据所述转轴转动一圈的时间，计算出一系列所述时间点上的转速R；

采用L线码盘，采集时间T内的数据，以上升脉冲沿为起始点，统计一个上升脉冲沿的采样数据的个数N1，N2……Nm；

基于所述采样频率h，计算出一系列的转速R，单位为rpm，构成长度为m的数组：R1＝h*60/(N1*L)；……Rm＝h*60/(Nm*L)；

将所述长度为m的数组，采用最小二乘法，计算拟合直线：

y＝ax+b

x为时间，y为转速，偏离拟合直线阈值D的数被过滤掉，再做直线拟合；

对偏离拟合直线的阈值D设置为y*1.7和y*0.65，计算公式如下:

D＝y*(0.3+2t*0.7)

t＝±1；

并从所述拟合直线中，获得实时转速。

2.一种旋转设备转速测量装置，在旋转设备的转轴上添加线码盘，所述转轴转动时，通过转速传感器发出红外线照射到所述线码盘的光标线，返回高电平，否则，返回低电平，其特征在于，包括：

脉冲获取单元，用于获取所述转速传感器的一个完整的脉冲；

采样数据统计单元，用于统计脉冲内采样数据的个数，且每个所述采样数据对应有一个时间点；

时间计算单元，基于对所述转速传感器采样时的采样频率h，结合所述采样数据的个数，用于计算所述转轴转动一圈需要的时间；

速度计算单元，根据所述转轴转动一圈的时间，计算出一系列所述时间点上的转速R；

采用L线码盘，采集时间T内的数据，以上升脉冲沿为起始点，统计一个上升脉冲沿的采样数据的个数N1，N2……Nm；

基于所述采样频率h，计算出一系列的转速R，单位为rpm，构成长度为m的数组：R1＝h*60/(N1*L)；……Rm＝h*60/(Nm*L)；

将所述长度为m的数组，采用最小二乘法，计算拟合直线：

y＝ax+b

x为时间，y为转速，偏离拟合直线阈值D的数被过滤掉，再做直线拟合；

对偏离拟合直线的阈值D设置为y*1.7和y*0.65，计算公式如下:

D＝y*(0.3+2t*0.7)

t＝±1；

并从所述拟合直线中，获得实时转速。