CN104076165A - 非接触式瞬时转速传感方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非接触式瞬时转速传感方法。该方法是将旋转物体端面或涡旋流场上的随机图像，通过光学成像系统成像到光学空间滤波器对上，光学空间滤波器对输出两组原始信号；该原始信号经过信号处理后，用中心频率提取法得到信号的中心频率，由中心频率的变化关系得到旋转中心成像点所在的位置，再根据旋转中心所在的位置用中心频率计算得到瞬时转速。本方法无需在被测旋转体上安装任何测量基准或分度盘，具有非接触性、抗干扰性强、误差源少和成本低等特性，可远距离遥测旋转物体或涡旋流场的纯转速，也可用于角位移和加速度等参量的测量。

Description

非接触式瞬时转速传感方法

技术领域

本发明涉及机械量、几何量及流体物理量测量，具体涉及一种非接触式瞬时转速传感方法，属于转速检测技术领域。

 

背景技术

转动是一种广泛存在的运动形式，如各类机床、动力叶片、螺旋桨、跟踪及瞄准装置等都有转动。瞬时转速及其变化是确定转动装置工作状态和运动特性的重要参数。通过测量瞬时转速及其变化，可获取转动系统的工作状态、性能或运动特性，精确实现其运动功能，提高控制精度，也可获取系统的故障信息等。液态和气态物质的涡旋流场也需要测量其旋转速度。因此，瞬时转速的测量是固态、液态、气态等旋转物体（质）检测技术的重要组成部分，有着广泛的应用。

目前，转速测量方法主要是用栅式角位移传感器，如感应同步器、时栅、磁栅、容栅、光栅和角数字编码盘等，来测量角位移量及其转速。基于栅式传感器的转速传感方法是通过测量转过已知的或确定的角位移所用的时间来间接测量转速的，可以达到很高的测量精度。但该类方法需要在被测旋转体上准确同心地安装高精度的基准分度盘，并在分度盘附近安装信号拾取器，如光电探测器或磁头等。另外还有基于标记法的转速测量方法，它是在转动体上做一个光反射标记，标记的反射光经光电探测器转换为脉冲信号，测量相邻两脉冲信号的时间得到标记旋转一周所用的时间，从而测量出转速。但该方法只能测取旋转物体的平均转速，难以测量瞬时转速。同时，上述方法都难以用于液态和气态涡旋流场的转速测量。

目前，性能最优的转速测量方法是光栅型角速度测量方法。该方法是在旋转体上安装一个已知栅距的动圆光栅或粗圆光栅，在径向对称位置安装两个光电探测器，用粗圆光栅的条纹位移或用静光栅与动圆光栅相对运动产生的摩尔条纹移动而得到两路正弦信号；根据这两路正弦信号的频率来测量转速。该方法较为成熟，可消除径向晃动对测量的影响，分辨率和精度都很高，应用最为广泛。该方法的不足是：需在旋转体上安装光栅分度盘，因动静圆光栅间的间距小而易受油污和尘埃的影响，环境适应能力较差，成本较高，难以消除偏心的影响等，同时也不能用于液态和气态涡旋流场的转速测量。

通过上述介绍可以看出，在现有纯转速测量方法中，其共同的不足是：1）需在被测旋转体上安装均匀的分度盘或基准标尺或做标记，并需在分度盘或标记附近安装信号拾取器，难以实现远距离的测量。2）基准分度盘、标尺和信号拾取器的安装将影响转动体的装配结构、特性（含设计、制作和安装的简易性）以及功能的实现，有时为避免影响旋转体的特性而不允许安装附加的分度盘，有时因结构的限制而无法安装分度盘，这些都给利用该方法进行转速的测量带来了难度。3）信号拾取器或栅式传感器的装配总存在偏差，这会导致安装误差、偏心或相对运动（如轴向和径向的窜动等），会带来测量误差。4）现有方法难以同时用于固态、液态和气态等物质的转速或其涡旋流场转速的测量。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种非接触式瞬时转速传感方法。本方法不改变被测旋转体的结构和特性，对环境适应能力很强；既可用于固态旋转物体的转速测量，也可用于液态和气态等物质涡旋流场的转速测量；旋转体的轴向及径向晃动、测量系统的安装偏心和对准误差等均不影响测量结果，抗干扰能力和环境适应性极强，能够远距离地测量绝对纯转动瞬时速度。

为实现本发明目的，采用了以下技术方案：

本发明所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：（1）自然光或人造光源照射在任意旋转物体的端面上并产生反射图像；旋转物体端面上的随机图像经过光学成像系统成像到光学空间滤波器对上，所述光学空间滤波器对是由栅距相同的两个空间滤波器SF1和SF2平行排列而构成，所述空间滤波器是由一个或多个梳状空间滤波器组合而构成，每个空间滤波器输出一组准正弦信号，即该光学空间滤波器对输出两组准正弦信号；所述平行排列是指两个空间滤波器SF1和SF2在其线阵列排列方向上是平行的、首尾分别对齐或错位一定距离的排列；（2）所述准正弦信号经信号处理后，用中心频率提取法获得所述两组准正弦信号的中心频率（f1、f2）；（3）用旋转中心定位法确定旋转物体旋转中心的成像点在所述光学空间滤波器对上的位置，再用所述中心频率（f1、f2）和转速计算法计算出所述旋转物体的瞬时转速ω，也可由此再计算出角加速度。

所述旋转物体是固态或液态、气态的旋转物体或涡旋流场。

所述空间滤波器是由一个梳状空间滤波器构成，该梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，该线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为该空间滤波器的输出信号；所述光电探测器的光敏面宽度是相邻两个光电探测器之间距离的0.9~1.1倍，其优化值是1倍。

所述空间滤波器是由两个相同的梳状空间滤波器在空间上交叉错位半个栅距排列而构成，该两个梳状空间滤波器的输出信号之差作为所述空间滤波器的输出信号；所述梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，该线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为所述梳状空间滤波器的输出信号；所述光电探测器的光敏面宽度是所述梳状空间滤波器中相邻两个光电探测器之间距离的0.4~0.6倍，其优化值是0.5倍。

所述各光电探测器的输出信号相加是指所述各光电探测器输出信号的阴极和阳极分别连接在一起，或是将各光电探测器的信号分别输出并经信号处理后再相加。

所述中心频率提取法是指将所述空间滤波器输出的准正弦信号进行模数（A/D）转换和数据采集，或将所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号相加后再对其进行模数（A/D）转换和数据采集，再用快速傅立叶变换（FFT）计算出所采集数据的幅频谱而得到准正弦信号的幅频谱，再以所述幅频谱中基频交流分量频带的极大幅值处的频率作为该频带所对应准正弦信号的中心频率。

所述中心频率提取法是指对空间滤波器输出的准正弦信号用高频脉冲和计数器计数得到在其一个交变周期内的高频脉冲数，再用高频脉冲的频率除以该高频脉冲数而得到该准正弦信号的中心频率。

在所述准正弦信号比较小或有较大的噪声时，需要对其进行放大和滤波处理。在用所述中心频率提取法获得光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号的中心频率时，对两组准正弦信号可以采用相同的中心频率提取法，也可以采用不同的中心频率提取法。

所述转速计算法是指用所述旋转中心定位法确定旋转物体旋转中心的成像点在所述光学空间滤波器对上的位置后，根据旋转中心成像点的位置计算瞬时转速ω；所述瞬时转速ω的具体计算方法是：

当旋转中心成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间时，则ω=P(f1+f2)/L，

当旋转中心成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧时，则ω=P|f1-f2|/L，

式中，L是两个空间滤波器SF1和SF2间的距离，P是所述梳状空间滤波器的栅距。

所述旋转中心定位法是指在旋转物体转动时，用所述中心频率提取法得到所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号的中心频率（f1、f2）后，将所述光学空间滤波器对沿中心频率较小的空间滤波器的方向平移一个距离，该平移距离确保被测旋转体端面的随机图像经过光学成像系统后能够成像到光学空间滤波器对上即可；再次用所述中心频率提取法得到所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号对应的中心频率（f1′、f2′）；再用该四个中心频率f1、f2、f1′、f2′计算系数k，根据系数k判定旋转中心成像点在所述光学空间滤波器对上的位置；系数k的计算公式如下：

，

当k<1时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间，

当k>1时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧。

所述旋转中心定位法是指在被测旋转物体较稳定地转动时，用所述中心频率提取法得到所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号的中心频率（f1、f2）后，将所述光学空间滤波器对平移一个距离，该平移距离确保被测旋转体端面的随机图像经过光学成像系统后能够成像到光学空间滤波器对上即可；再次用所述中心频率提取法得到所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号对应的中心频率（f1′、f2′），再用该四个中心频率f1、f2、f1′、f2′计算系数j，根据系数j判定旋转中心成像点在所述光学空间滤波器对上的位置；系数j的计算公式如下：

，

当j<0时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间，

当j>0时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧。

与现有方法相比，本发明具有如下有益效果：

1）无需在被测旋转物体上安装任何测量基准分度盘或标记，不影响被测旋转物体的结构、装配和功能特性，能自我产生分度功能，可遥测和非接触式测量瞬时纯转动速度，也可用于角位移和角加速度等参量的测量，抗干扰性和对环境的适应能力强。

2）本方法采用了两个平行排列的空间滤波器来测量绝对瞬时纯转速，旋转物体的偏心、轴向及径向晃动、光学成像系统的误差以及空间滤波器对的装配和对准误差等都不影响测量结果，大大减少了测量误差源。

3）通过优化传感结构和采用高频脉冲插补计数法，可大大提高测量分辨率，可与现有测量方法媲美。

4）本方法可用于旋转机械结构、涡旋的气态和液态流体、粉尘等的绝对瞬时纯角速度的测量，解决了现有方法难用于气态和液态涡旋流场转速的测量。

 

附图说明

图1-本发明光电信息流图。

图2-本发明光学空间滤波器对的结构分布图。

图3-本发明空间滤波器的一种结构图。

图4-本发明空间滤波器的另一种结构图。

图中，单向虚线箭头代表光线及其传输方向，单向粗实线箭头代表电信号及其流向。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明实施例测量的是机械旋转轴瞬时纯转速，其他旋转物体、涡旋的气态和液态流体、粉尘等的瞬时转速参量的测试方法与之相同，只是被测对象不同而已，不应依所述实施例来限制本发明的保护范围。

实施例一：参见图1、图2、图3，本发明非接触式瞬时转速传感方法，具体步骤为：

（1）用波长为360nm~760nm、有一定强度的白炽灯光源照射机械旋转轴1的端面，或是用有一定强度的激光或发光二极管（LED）光源照射机械旋转轴1的端面，或是在自然光强度足够大时用自然光源照射机械旋转轴1端面；光照射在机械旋转轴1的端面上并产生反射图像，机械旋转轴1端面的随机图像经过光学成像系统2成像到光学空间滤波器对3上；所述光学空间滤波器对3是由具有相同栅距和结构的两个空间滤波器（SF1和SF2）平行排列并相距L而构成，两个空间滤波器（SF1和SF2）可以是首尾分别对齐或错位一定距离平行排列而成；

（2）光学空间滤波器对3中的两个空间滤波器（SF1和SF2）各分别输出一组准正弦信号（S1和S2）；各个空间滤波器（SF1或SF2）是由一个梳状空间滤波器构成，该梳状空间滤波器的输出信号作为所属空间滤波器（SF1或SF2）的输出信号S，S代表S1或S2；所述梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，该线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为所述梳状空间滤波器的输出信号，各光电探测器的光敏面宽度b等于相邻两个光电探测器之间的距离，即b等于所述梳状空间滤波器的栅距P的一半；

（3）光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号（S1和S2）经信号处理电路4分别进行放大和滤波处理后，被传送到数据采集处理系统5；数据采集处理系统5用中心频率提取法获取两组准正弦信号（S1和S2）的中心频率，并记录下这两组准正弦信号的中心频率f1、f2；所述中心频率提取法是：对处理电路4输出的两路信号进行模数（A/D）转换和数据采集后，用快速傅立叶变换（FFT）计算出所述两路信号的幅频谱，以所述幅频谱中基频交流分量频带的极大幅值处的频率作为该频带所对应信号的中心频率；

（4）数据采集处理系统5用旋转中心定位法确定被测机械旋转轴1的旋转中心的成像点在光学空间滤波器对3上的位置；所述旋转中心定位法是：在旋转物体1转动时，用所述中心频率提取法得到光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号（S1和S2）的中心频率（f1、f2）后，将光学空间滤波器对3向中心频率较小的空间滤波器的方向平移一个距离，该平移距离确保被测旋转体端面的随机图像经过光学成像系统后能够成像到光学空间滤波器对3上即可，再次得到光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号对应的中心频率（f1′、f2′）；用该四个中心频率（f1、f2、f1′、f2′）计算系数k，并判定旋转物体1旋转中心的成像点在所述光学空间滤波器对3上的位置；计算系数k的公式和判定位置的方法如下：

当k<1时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间；当k>1时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧；

（5）数据采集处理系统5根据所述旋转中心成像点的位置和中心频率（f1、f2），用转速计算法计算出被测机械旋转轴1的瞬时转速ω；所述转速计算法是：当旋转中心成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间时，被测机械旋转轴1的瞬时转速ω=P(f1+f2)/L；当旋转中心成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧时，被测机械旋转轴1的瞬时转速ω=P|f1-f2|/L；最后显示输出瞬时转速的测量结果ω值。

实施例二：实施例二步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例一中的（2）相同；（3）与实施例一中的（3）不同的是：光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号（S1和S2）直接被传送到数据采集处理系统5；数据采集处理系统5用中心频率提取法获取两组准正弦信号（S1和S2）的中心频率，并记录下这两组准正弦信号的中心频率f1、f2；所述中心频率提取法是：将光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号分别进行模数（A/D）转换和数据采集，或是将光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号相加后再对其进行模数（A/D）转换和数据采集；再用快速傅立叶变换（FFT）计算出所采集数据的幅频谱而得到该两组准正弦信号的幅频谱，再以该幅频谱中基频交流分量频带的极大幅值处的频率作为该频带对应准正弦信号的中心频率；（4）与实施例一中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例三：实施例三步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例一中的（2）相同；（3）与实施例一或实施例二中的（3）相同；（4）数据采集处理系统5用旋转中心定位法确定被测机械旋转轴1的旋转中心成像点在光学空间滤波器对3上的位置，与实施例一中的（4）不同的是：所述旋转中心定位法是指在旋转物体1较稳定地转动时，用所述中心频率提取法得到光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号（S1和S2）的中心频率（f1、f2）后，将光学空间滤波器对3沿着被测旋转物体1的径向平移一个距离，该平移距离确保被测旋转体端面的随机图像经过光学成像系统后能够成像到光学空间滤波器对3上即可，再次得到光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号对应的中心频率（f1′、f2′），用该四个中心频率（f1、f2、f1′、f2′）计算系数j，并判定旋转中心成像点在所述光学空间滤波器对3上的位置；计算系数j的公式和判定位置的方法如下：

当j<0时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间；当j>0时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧；j的取值约为1或-1，考虑到存在中心频率的测量误差，故根据j>0或j<0来判断旋转中心的位置；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例四：实施例四步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例一中的（2）相同；（3）与实施例一、实施例二中的（3）不同的是：光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号（S1和S2）相加而得到一路合成信号，该合成信号直接被传送到数据采集处理系统5，或该合成信号经信号处理电路4放大和滤波处理后再被传送到数据采集处理系统5；数据采集处理系统5用中心频率提取法获取两组准正弦信号（S1和S2）的中心频率，并记录下这两组准正弦信号的中心频率f1、f2；所述中心频率提取法是：对上述合成信号进行模数（A/D）转换和数据采集后，用快速傅立叶变换（FFT）计算出该合成信号的幅频谱，用该幅频谱中两个主要基频交流分量频带的极大幅值处的频率作为对应两个准正弦信号的中心频率；（4）与实施例一中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例五：实施例五步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例一中的（2）相同；（3）与实施例四中的（3）相同；（4）与实施例三中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例六：实施例六步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五中的（2）不同的是：参见图4，光学空间滤波器对3中的两个空间滤波器（SF1和SF2）各输出一组准正弦信号（S1和S2），每个空间滤波器（SF1或SF2）是由两个相同的梳状空间滤波器在空间上交叉错位半个栅距排列而成，这两个梳状空间滤波器的输出信号之差作为所属空间滤波器（SF1或SF2）的输出信号S，S代表S1或S2；所述梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，该线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为所述梳状空间滤波器的输出信号，各光电探测器的光敏面宽度b等于所述梳状空间滤波器中相邻两个光电探测器之间距离的0.5倍，即b等于所述梳状空间滤波器的栅距P的1/3；（3）与实施例一或实施例二中的（3）相同；（4）与实施例一中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例七：实施例七步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例六中的（2）相同；（3）与实施例一或实施例二中的（3）相同；（4）与实施例三中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例八：实施例八步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例六中的（2）相同；（3）与实施例四中的（3）相同；（4）与实施例一中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例九：实施例九步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例六中的（2）相同；（3）与实施例四中的（3）相同；（4）与实施例三中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例十：实施例十步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例一中的（2）相同；（3）光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号（S1和S2）直接被传送到数据采集处理系统5，或者光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号（S1和S2）分别经信号处理电路4进行放大和滤波处理后，再被传送到数据采集处理系统5；数据采集处理系统5用中心频率提取法获取两组准正弦信号（S1和S2）的中心频率，并记录下这两组准正弦信号的中心频率f1、f2；与实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五、实施例六、实施例七、实施例八、实施例九不同的是：所述中心频率提取法是指采用高频脉冲插补法，用高频脉冲和计数器计数得到在准正弦信号的一个交变周期内的高频脉冲数，再用所述高频脉冲的频率除以所述高频脉冲数而得到所述准正弦信号的中心频率；实施例十的中心频率提取法只能对光学空间滤波器对3输出的两组准正弦信号分别提取其中心频率，不能提取合成信号的中心频率；（4）与实施例一中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例十一：实施例十一步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例一中的（2）相同；（3）与实施例十中的（3）相同；（4）与实施例三中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例十二：实施例十二步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例六中的（2）相同；（3）与实施例十中的（3）相同；（4）与实施例一中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例十三：实施例十三步骤（1）与实施例一中的（1）相同；（2）与实施例六中的（2）相同；（3）与实施例十中的（3）相同；（4）与实施例三中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

实施例十四：实施例十四步骤（1）用波长为360nm~760nm、有一定强度的白炽灯光源照射机械旋转轴1的端面，或是用有一定强度的激光或发光二极管（LED）光源照射机械旋转轴1的端面，或是在自然光强度足够大时用自然光源照射机械旋转轴1端面；光照射在机械旋转轴1的端面上并产生反射图像，机械旋转轴1端面的随机图像经过光学成像系统2成像到光学空间滤波器对3上；与实施例一至实施例十三中的（1）不同的是：所述光学空间滤波器对3是由栅距相同而结构不同的两个空间滤波器（SF1和SF2）平行排列并相距L而构成，两个空间滤波器（SF1和SF2）可以是首尾分别对齐或错位一定距离平行排列而成；（2）光学空间滤波器对3中的两个空间滤波器（SF1和SF2）各分别输出一组准正弦信号（S1和S2）；与实施例一至实施例十三中的（2）不同的是：（i）光学空间滤波器对3中的一个空间滤波器（SF1或SF2）是由一个梳状空间滤波器构成，参见图3，该梳状空间滤波器的输出信号作为所属空间滤波器（SF1或SF2）的输出信号S，S代表S1或S2，所述梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，该线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为所述梳状空间滤波器的输出信号，各光电探测器的光敏面宽度b等于其相邻两个光电探测器之间的距离，即b等于所述梳状空间滤波器的栅距P的一半；（ii）光学空间滤波器对3中的另一个空间滤波器（SF2或SF1）是由两个相同的梳状空间滤波器在空间上交叉错位半个栅距排列而成，参见图4，这两个梳状空间滤波器的输出信号之差作为所属空间滤波器（SF2或SF1）的输出信号S，S代表S2或S1，所述梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，该线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为所述梳状空间滤波器的输出信号，各光电探测器的光敏面宽度b等于所述梳状空间滤波器中相邻两个光电探测器之间距离的0.5倍，即b等于所述梳状空间滤波器的栅距P的1/3；（3）与实施例一或实施例四或实施例十中的（3）相同；（4）与实施例一或实施例三中的（4）相同；（5）与实施例一中的（5）相同。

本发明非接触式瞬时转速传感方法是利用空间滤波器的自我分度功能和高频脉冲插补时间测量技术等，实现瞬时转速的非接触式测量。本方法是非接触式或遥测式传感法，无需在被测旋转体上安装任何基准分度盘或标记，不改变被测旋转体的结构和特性，可实现瞬时纯转速的遥测，对环境的适应能力很强。本方法既可用于固态旋转物体的转速测量，也可用于液态和气态等物质涡旋流场的转速测量，具有与现有方法相媲美的分辨率。旋转体的轴向及径向晃动、测量系统的安装偏心和对准误差等均不影响测量结果，该方法也具有极强的抗干扰能力和环境适应性，能够远距离地测量绝对纯转动瞬时速度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：步骤如下，

1）旋转物体端面上的随机图像经过光学成像系统成像到光学空间滤波器对上，所述光学空间滤波器对是由栅距相同的两个空间滤波器SF1和SF2平行排列而构成，所述空间滤波器是由一个或多个梳状空间滤波器组合而构成，每个空间滤波器输出一组准正弦信号，即该光学空间滤波器对输出两组准正弦信号；

2）再用中心频率提取法获得所述两组准正弦信号的中心频率f1、f2；

3）用旋转中心定位法确定旋转物体旋转中心的成像点在所述光学空间滤波器对上的位置，再结合第2）步获得的中心频率，用转速计算法计算出旋转物体的瞬时转速ω。

2.根据权利要求1所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：所述空间滤波器由一个梳状空间滤波器构成，该梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，该线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为该空间滤波器的输出信号；所述光电探测器的光敏面宽度是相邻两个光电探测器之间距离的0.9~1.1倍。

3.根据权利要求1所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：所述空间滤波器是由两个相同的梳状空间滤波器在空间上交叉错位半个栅距排列而构成，所述梳状空间滤波器是由多个光电探测器并列构成的线阵列，光电探测器的光敏面宽度是所述梳状空间滤波器中相邻两个光电探测器之间距离的0.4~0.6倍；所述线阵列中各光电探测器的输出信号相加后作为该梳状空间滤波器的输出信号，该两个梳状空间滤波器的输出信号之差作为所述空间滤波器的输出信号。

4.根据权利要求1所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：所述中心频率提取法是指将所述空间滤波器输出的准正弦信号进行模数（A/D）转换和数据采集，或将所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号相加后再对其进行模数（A/D）转换和数据采集，再用快速傅立叶变换（FFT）计算出所采集数据的幅频谱而得到准正弦信号的幅频谱，再以所述幅频谱中基频交流分量频带的极大幅值处的频率作为该频带所对应准正弦信号的中心频率。

5.根据权利要求1所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：所述中心频率提取法是指对空间滤波器输出的准正弦信号用高频脉冲和计数器计数得到在其一个交变周期内的高频脉冲数，再用高频脉冲的频率除以该高频脉冲数而得到该准正弦信号的中心频率。

6.根据权利要求1所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：第3）步的用转速计算法计算出旋转物体的瞬时转速ω的具体方法为，

当旋转中心成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间时，则ω=P(f1+f2)/L；

当旋转中心成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧时，则ω=P|f1-f2|/L；

式中，L是两个空间滤波器SF1和SF2间的距离，P是梳状空间滤波器的栅距。

7.根据权利要求1所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：第3）步的用旋转中心定位法确定旋转物体旋转中心的成像点在所述光学空间滤波器对上的位置，具体方法为，在旋转物体转动时，用所述中心频率提取法得到所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号的中心频率f1、f2后，将所述光学空间滤波器对沿中心频率较小的空间滤波器的方向平移一个距离，再用所述中心频率提取法得到平移后的光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号对应的中心频率f1′、f2′，再用该四个中心频率f1、f2、f1′、f2′计算系数k，根据系数k判定旋转中心成像点在所述光学空间滤波器对上的位置；系数k的计算公式如下：

，

当k<1时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间；

当k>1时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧。

8.根据权利要求1所述的非接触式瞬时转速传感方法，其特征在于：第3）步的用旋转中心定位法确定旋转物体旋转中心的成像点在所述光学空间滤波器对上的位置，具体方法为，在被测旋转物体较稳定地转动时，用所述中心频率提取法得到所述光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号的中心频率f1、f2后，将所述光学空间滤波器对平移一个距离，再用所述中心频率提取法得到平移后的光学空间滤波器对输出的两组准正弦信号对应的中心频率f1′、f2′，再用该四个中心频率f1、f2、f1′、f2′计算系数j，根据系数j判定旋转中心成像点在所述光学空间滤波器对上的位置；系数j的计算公式如下：

，

当j<0时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2之间；

当j>0时，判定旋转中心的成像点在两个空间滤波器SF1和SF2的同一侧。