CN105158494A - 一种往复式制冷压缩机转速测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复式压缩机转速测量的方法，包括如下步骤：（1）排气压力信号的采集：在往复式压缩机的排气口安装压力传感器，同时采用高速数据采集卡进行数据采集，经高速A/D转换后送入计算机；（2）信号预处理：对高速A/D转换后的数据采用滤波器滤波；滤波后消除多项式趋势项；3）信号分析：前期的数据预处理后对信号进行分析，提取压力信号的频率。本发明的有益效果是：（1）排气压力反应转速大小，这是比较直接的测量，避免了中间误差。（2）相比采用FFT的电流测量，在精度上大大提高。（3）装置简单，可以实现在线测量。（4）不仅仅适用于小型制冷压缩机，只要是往复式压缩机都可以测量转速，应用性广。

Description

一种往复式制冷压缩机转速测量的方法

技术领域

本发明涉及往复式制冷压缩机转速的测量技术领域，具体涉及制冷系统、压力测量、高速数据采集和数字信号处理等领域。

背景技术

压缩机作为制冷系统的核心部件，其技术性指标直接影响着整个制冷系统的性能，而压缩机的运行本质上是电动机的转动，也就是压缩机转速。转速影响着制冷系统的制冷量、效能比以及功耗、吸排气压力等，因此压缩机转速是一项重要的技术指标。

目前小型制冷压缩机都是全封闭型的，传统的测量方法存在一定的缺陷。其中直接法，采用在压缩机内部装传感器来测转速，但这无疑会对压缩机造成一定的损伤，不符合测量的原则；另一种是间接法，目前主要有测压缩机的振动频率和压缩机电流，前者由于压缩机运行的同时有其他接近压缩机振动的频率干扰，不易分辨，后者在测量装置和精度上有一定的局限性。在往复式压缩机系统中，排气压力随着活塞的往复运动会产生周期性变化，本发明基于压缩机和制冷系统排气压力周期性变化，运用数字信号处理方法进行精确转速测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是精确测量往复式压缩机的转速。为解决此技术问题，本发明采用一种往复式制冷压缩机转速测量的方法，包括如下步骤：

（1）排气压力信号的采集：在往复式压缩机的排气口安装压力传感器，同时采用高速数据采集卡进行数据采集，经高速A/D转换后送入计算机；

（2）信号预处理：对高速A/D转换后的数据采用滤波器滤波；滤波后消除多项式趋势项；

（3）信号分析：前期的数据预处理后对信号进行分析，提取压力信号的频率。

进一步的，步骤（3）中采用线性调频Z变换处理信号，对频谱的局部细化。

进一步的，Chip-Z变换是沿Z平面上的一段螺线作等角抽样，用来计算单位圆上任一段曲线的Z变换，作DFT时输入的点数N和输出的点数M可以不相等，从而达到频谱细化的目的，其中

Fczt=

Fczt——————线性调频z变换的频谱分辨率

fw———————待观测的频谱范围

N———————变换点数

得到信号的具体的频率值f，再乘以60，即得到了压缩机的实际转速。

有益效果：

（1）排气压力反应转速大小，这是比较直接的测量，避免了中间误差。

（2）相比采用FFT的电流测量，在精度上大大提高。

（3）装置简单，可以实现在线测量。

（4）不仅仅适用于小型制冷压缩机，只要是往复式压缩机都可以测量转速，应用性广。

附图说明

图1是本发明的硬件系统示意图；

图中各附图标记含义：1-制冷压缩机，2-压力传感器，3-排气压力表，4-冷凝器，5-蒸发器，6-吸气压力表。

图2是本发明所用的可拆卸压力传感器结构示意图；

图3是采集到的排气压力信号；

图4是排气压力信号的频谱图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

本发明的往复式制冷压缩机转速测量的方法，步骤如下：

（1）排气压力信号的采集：本发明的硬件部分主要是在往复式压缩机的排气口安装压力传感器，同时采用高速数据采集卡。软件部分是基于上位机编程软件进行数据采集，经高速A/D转换后送入计算机。（2）信号预处理：由于采集到数据混有各种高频信号以及外界随机干扰信号，所以在进行信号分析之前有必要进行预处理。首先是滤波：压缩机正常转速在3000r/min左右，反应在排气压力脉动上的频率是在50hz左右，采用滤波器。然后是消除多项式趋势项：压缩机的运行是一个动态的过程，某些时刻会偏离基准压力，多项式趋势项的消除有利于后期的信号分析。

（3）信号分析：前期的数据处理后就要对信号进行分析，本发明主要是要提取压力信号的频率，在信号处理中，在时域上往往看不出信号的某些特性，而在频域上却能够显而易见，传统的快速傅里叶变换（FFT）是频谱分析最常用的方法，但它存在栅栏效应，对于本测试中采样数较大且是高速采集的情况下会导致频率分辨率较大，因此精确性不高。本发明采用线性调频Z变换处理信号，它是对频谱的局部“细化”，能够看到快速傅里叶变换看不到的频率信号。Chip-Z变换是沿Z平面上的一段螺线作等角抽样，可以用来计算单位圆上任一段曲线的Z变换，作DFT时输入的点数N和输出的点数M可以不相等，从而达到频谱细化的目的。与FFT相比，chirp-z变换的频谱更加准确，精度更高，但会增加处理的时间。

Fczt=

Fczt——————线性调频z变换的频谱分辨率

fw———————待观测的频谱范围

N———————变换点数

得到信号的具体的频率值f，再乘以60，即得到了压缩机的实际转速，最后通过labview前面板显示出来。

实施例

本发明由测试硬件部分和软件部分组成。硬件部分包括小型往复式制冷压缩机，研华高速采集卡PCI-1715U，GY403型压力传感器，研华工控机。软件部分由LABVIEW图形化开发软件编写，由于需要大量的数学运算，因此在labview编程中加入MATLAB脚本方便快速运算，测试软件主要由数据采集、信号处理、结果显示组成。LabVIEW是一种用图表代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，它改变了传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序，它用图标表示函数，用连线表示数据流向LabVIEW提供很多外观与传统仪器类似的控件，可用来方便地创建用户界面。

本发明的具体步骤如下：

首先，搭建好硬件系统如图1，特别是传感器的安装（图2），并调整吸排气压力使之达到标准工况，系统开始工作。

通过研华PCI-1715U高速数据采集卡将排气压力的电压信号进行高速A/D转换，并将转换后的电压信号送入计算机，得到的信号如图3所示。

如图4所示，然后利用labview软件与MATLAB软件进行混合编程对信号进行预处理及线性调频Z变换，线性调频Z变换是对频谱的局部“细化”，能够看到快速傅里叶变换（FFT）看不到的频率信号，精确性较高，从而得到排气压力信号的频率f，频率乘以60即为实际转速，最后在labview前面板上显示测量值。

Claims (3)

1.一种往复式制冷压缩机转速测量的方法，包括如下步骤：

（1）排气压力信号的采集：在往复式压缩机的排气口安装压力传感器，同时采用高速数据采集卡进行数据采集，经高速A/D转换后送入计算机；

（2）信号预处理：对高速A/D转换后的数据采用滤波器滤波；滤波后消除多项式趋势项；

（3）信号分析：前期的数据预处理后对信号进行分析，提取压力信号的频率。

2.如权利要求1所述的往复式制冷压缩机转速测量的方法，其特征在于：步骤（3）中采用线性调频Z变换处理信号，对频谱的局部细化。

3.如权利要求2所述的往复式制冷压缩机转速测量的方法，其特征在于：Chip-Z变换是沿Z平面上的一段螺线作等角抽样，用来计算单位圆上任一段曲线的Z变换，作DFT时输入的点数N和输出的点数M可以不相等，从而达到频谱细化的目的，其中

Fczt=

Fczt——————线性调频z变换的频谱分辨率

fw———————待观测的频谱范围

N———————变换点数

得到信号的具体的频率值f，再乘以60，即得到了压缩机的实际转速。