CN107505475A - 一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置，包括激光接收器、N个激光发射器、第一计时器、第二计时器、激光收发器、反射环和计算终端；N个激光发射器均匀分布在转轴侧壁的圆周上，并且该圆与转轴同轴，激光接收器固定在激光发射器所在圆的外侧，激光接收器连接第一计时器，第一计时器连接计算终端；反射环设置在转轴侧壁上，并且反射环的外表面与转轴侧壁齐平，反射环与转轴同轴，激光收发器固定在反射环的外侧，激光收发器连接第二计时器，第二计时器连接计算终端。同时公开了该装置的测量方法。本发明能对转轴转动瞬时转速和摆度进行测量，通过瞬时转速和摆度，分析旋转机械瞬态过程及轴运行过程中的平衡状态。

Description

一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置和方法，属于转轴测量领域。

背景技术

当前工业背景中，旋转机械在机械设备中占据着举足轻重的地位，他们在各自的企业或生产生活设备之中往往具有足够的重要性，对企业和国民经济都有着重要意义。因此，保证旋转轴在各种机械设备当中的安全稳定运行至关重要。

旋转机械轴的转速和摆度变化过程往往能够反映机械设备的运行运转健康状况，当前许多的测量仪器仅仅能够对旋转机械轴的稳定后的转速进行测量，应用的领域偏向于功率、扭矩计算等；而旋转机械轴启动过程，以及机械轴发生故障时，对其瞬时转速和摆度的测量仪器则不多见。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置和方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置，包括激光接收器、N个激光发射器、第一计时器、第二计时器、激光收发器、反射环和计算终端；

N个激光发射器均匀分布在转轴侧壁的圆周上，并且该圆与转轴同轴，激光接收器固定在激光发射器所在圆的外侧，并且与该圆在同一平面上，激光接收器连接第一计时器，第一计时器连接计算终端，N为大于等于2的整数；

反射环设置在转轴侧壁上，并且反射环的外表面与转轴侧壁齐平，反射环与转轴同轴，激光收发器固定在反射环的外侧，并且正对反射环，激光收发器连接第二计时器，第二计时器连接计算终端。

激光接收器到转轴中心轴线的距离等于激光收发器到转轴中心轴线的距离。

激光发射器所在圆位于放射环的一侧，激光发射器与反射环的侧边贴靠。

N为4~8的偶数。

一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量方法，

瞬时转速测量过程为，

定义N个激光发射器将圆周分成N段，每段的长度为S；

转轴转动，第一计时器依次记录激光接收器接收相邻两次激光的时间间隔∆t1、∆t2、…、∆tN，∆ti为接收第i次激光与第i+1次激光的时间间隔，1≤i≤N-1；

当接收相邻两次激光的时间间隔稳定后，计算终端计算各时间间隔内转轴的平均转速v=S/∆ti=πD1/N∆ti，其中，D1为转轴直径；

由于时间间隔的时长可忽略不计，平均转速即为对应时刻的转轴瞬时转速；

摆度测量过程为；

由于激光的速度远大于转速，激光收发器向反射环发射激光，反射环发射激光在瞬时完成，第二计时器记录该瞬时间隔∆t；

计算终端根据瞬时间隔∆t和激光速度，计算对应时刻的摆度数据，即激光收发射器到发射环表面的距离。

如果接收相邻两次激光的时间间隔无法稳定，则表明电机故障或转轴平稳性差。

计算终端记录一段时间内的摆度数据∆d1、∆d2、…、∆dn，∆dk为k时刻的摆度数据，1≤k≤n，n表示时刻；

定义x=（∆dk-∆d）/∆d，∆d为该段时间内的平均摆渡数据；

如果接收相邻两次激光的时间间隔稳定并且x小于设定的阈值，表示该转轴平稳性好，如果接收相邻两次激光的时间间隔无法稳定并且排除电机故障，则转轴平稳性差。

本发明所达到的有益效果：本发明能对转轴转动瞬时转速和摆度进行测量，通过瞬时转速和摆度，分析旋转机械瞬态过程及轴运行过程中的平衡状态。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为摆度测量装置的结构示意图；

图3为转速测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置，包括激光接收器4、N个激光发射器2、第一计时器6、第二计时器7、激光收发器5、反射环3和计算终端8。

如图2所示，反射环3设置在转轴1侧壁上，并且反射环3的外表面与转轴1侧壁齐平，反射环3与转轴1同轴，激光收发器5固定在反射环3的外侧，并且正对反射环3，激光收发器5连接第二计时器7，第二计时器7连接计算终端8，计算终端8采用计算机。

如图3所示，N个激光发射器2均匀分布在转轴1侧壁的圆周上，并且该圆与转轴1同轴，激光发射器2所在圆位于放射环的一侧，激光发射器2与反射环3的侧边贴靠，激光接收器4固定在激光发射器2所在圆的外侧，并且与该圆在同一平面上，激光接收器4到转轴1中心轴线的距离等于激光收发器5到转轴1中心轴线的距离，激光接收器4连接第一计时器6，第一计时器6连接计算终端8，N为大于等于2的整数，一般为4~8的偶数。

上述装置的测量方法，具体包括： 瞬时转速测量过程为：

11）定义N个激光发射器2将圆周分成N段，每段的长度为S；

12）转轴1转动，第一计时器6依次记录激光接收器4接收相邻两次激光的时间间隔∆t1、∆t2、…、∆tN，∆ti为接收第i次激光与第i+1次激光的时间间隔，1≤i≤N-1；

13）当接收相邻两次激光的时间间隔稳定后，计算终端8计算各时间间隔内转轴1的平均转速v=S/∆ti=πD1/N∆ti，其中，D1为转轴1直径，由于时间间隔的时长可忽略不计，平均转速即为对应时刻的转轴1瞬时转速，当平均转速也稳定后，则表示转轴1进入匀速转动；

14）如果接收相邻两次激光的时间间隔无法稳定，则表明电机故障或转轴1平稳性差。

摆度测量过程为：

21）由于激光的速度远大于转速，激光收发器5向反射环3发射激光，反射环3发射激光在瞬时完成，第二计时器7记录该瞬时间隔∆t；

22）计算终端8根据瞬时间隔∆t和激光速度，计算对应时刻的摆度数据，即激光收发射器到发射环表面的距离；

23）计算终端8记录一段时间内的摆度数据∆d1、∆d2、…、∆dn，∆dk为k时刻的摆度数据，1≤k≤n，n表示时刻；定义x=（∆dk-∆d）/∆d，∆d为该段时间内的平均摆渡数据；如果接收相邻两次激光的时间间隔稳定并且x小于设定的阈值，表示该转轴1平稳性好，如果接收相邻两次激光的时间间隔无法稳定并且排除电机故障，则转轴1平稳性差。

本发明能对转轴1转动瞬时转速和摆度进行测量，通过瞬时转速和摆度，分析旋转机械瞬态过程及轴运行过程中的平衡状态，测量和分析的结果在计算终端8进行显示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置，其特征在于：包括激光接收器、N个激光发射器、第一计时器、第二计时器、激光收发器、反射环和计算终端；

N个激光发射器均匀分布在转轴侧壁的圆周上，并且该圆与转轴同轴，激光接收器固定在激光发射器所在圆的外侧，并且与该圆在同一平面上，激光接收器连接第一计时器，第一计时器连接计算终端，N为大于等于2的整数；

反射环设置在转轴侧壁上，并且反射环的外表面与转轴侧壁齐平，反射环与转轴同轴，激光收发器固定在反射环的外侧，并且正对反射环，激光收发器连接第二计时器，第二计时器连接计算终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置，其特征在于：激光接收器到转轴中心轴线的距离等于激光收发器到转轴中心轴线的距离。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置，其特征在于：激光发射器所在圆位于放射环的一侧，激光发射器与反射环的侧边贴靠。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量装置，其特征在于：N为4~8的偶数。

5.一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量方法，其特征在于：

瞬时转速测量过程为，

定义N个激光发射器将圆周分成N段，每段的长度为S；

转轴转动，第一计时器依次记录激光接收器接收相邻两次激光的时间间隔∆t1、∆t2、…、∆tN，∆ti为接收第i次激光与第i+1次激光的时间间隔，1≤i≤N-1；

当接收相邻两次激光的时间间隔稳定后，计算终端计算各时间间隔内转轴的平均转速v=S/∆ti=πD1/N∆ti，其中，D1为转轴直径；

由于时间间隔的时长可忽略不计，平均转速即为对应时刻的转轴瞬时转速；

摆度测量过程为；

由于激光的速度远大于转速，激光收发器向反射环发射激光，反射环发射激光在瞬时完成，第二计时器记录该瞬时间隔∆t；

计算终端根据瞬时间隔∆t和激光速度，计算对应时刻的摆度数据，即激光收发射器到发射环表面的距离。

6.根据权利要求5所述的一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量方法，其特征在于：如果接收相邻两次激光的时间间隔无法稳定，则表明电机故障或转轴平稳性差。

7.根据权利要求5所述的一种基于激光的转轴瞬时转速及摆度的测量方法，其特征在于：计算终端记录一段时间内的摆度数据∆d1、∆d2、…、∆dn，∆dk为k时刻的摆度数据，1≤k≤n，n表示时刻；

定义x=（∆dk-∆d）/∆d，∆d为该段时间内的平均摆渡数据；

如果接收相邻两次激光的时间间隔稳定并且x小于设定的阈值，表示该转轴平稳性好，如果接收相邻两次激光的时间间隔无法稳定并且排除电机故障，则转轴平稳性差。