CN111337707A - 高速采集型无线转速测试模块及其测速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速采集型无线转速测试模块及其测速方法，包括转速发射模块、转速接收模块；转速发射模块安装在被测轴上，转速发射模块与转速接收模块无线连接，转速发射模块设置有第一微控制器，第一微控制器连接有姿态感应式转速传感器、第一无线通信模块以及第一上位机接口芯片；第一上位机接口芯片连接上位机接收采集频率和发送频率；转速接收模块设置有第二微控制器，第二微控制器连接有第二无线通信模块；第二微控制器还连接显示屏；第一微控制器按照采集频率获取姿态感应信号计算出被测轴的转速数据，按照发送频率无线发送给第二微控制器；本发明无需布线，安装方便，能够实现高速信号采集，采集频率不受测速齿轮齿数的限制。

Description

高速采集型无线转速测试模块及其测速方法

技术领域

本发明涉及转速测试设备，特别是涉及一种高速采集型无线转速测试模块及其测速方法。

背景技术

一些测试场合需要对转速的变化过程进行高频率的采集和记录，以便于后续对转速的瞬时变化过程进行分析。例如，车辆自动变速器的换挡过程、起步加速、紧急制动、急转弯等过程中的传动轴转速都会发生快速变化。目前机械传动领域通常采用磁电式转速传感器，每转的脉冲数由测速齿轮的齿数决定，限制了转速信号更新频率。当采集转速信号的频率大于转速信号的更新频率时，采集到的转速值就会出现阶梯状变化，与实际值明显不符，且不能用于计算角加速度。

其次，磁电式转速传感器的探头与测速齿之间的安装位置必须满足一定的位置要求，一般要求探头和测速齿的距离为1-3mm，通常根据每个被测对象制作专用的转速传感器支撑架，不便于现场安装测试。

再次，当转速快速变化时，根据磁电式转速传感器输出的方波信号来计算转速，会存在滞后误差，不是实时转速值。

再次，旋转轴一般是动力设备，设备运行现场的振动噪音大，且有一定的危险性，测试人员一般与被测对象之间保持一定的安全距离，但是磁电式转速传感器需要与测试仪器连接，有时会出现布线困难。以车辆半轴转速测试为例，半轴位于底盘下面，测试人员和测试仪器位于驾驶室内，转速传感器与测试仪器之间的布线要穿过发动机舱，非常不便。

为解决以上问题，本发明提出一种高速采集型无线转速测试模块及其测速方法，无需布线，安装方便，能够实现高速信号采集，采集频率不受测速齿轮齿数的限制，且不存在滞后误差。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种高速采集型无线转速测试模块及其测速方法，无需布线，安装方便，能够实现高速信号采集，与现有测速齿轮测速相比，采集频率不受限制。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高速采集型无线转速测试模块，其关键在于，包括转速发射模块、转速接收模块以及速度测试仪器；所述转速发射模块固定安装在被测轴上，转速发射模块与转速接收模块无线连接，转速接收模块与速度测试仪器通过通信电缆相连；

所述转速发射模块设置有第一微控制器，第一微控制器连接有姿态感应式转速传感器、第一无线通信模块以及第一上位机接口芯片；第一上位机接口芯片用于连接上位计算机接收转速发射模块的工作参数，该工作参数包括采集频率和发送频率；第一微控制器还连接有第一存储器，第一存储器用于存储速度数据；

所述转速接收模块设置有第二微控制器，第二微控制器连接有第二无线通信模块以及第二上位机接口芯片；

第二无线通信模块与第一无线通信模块无线连接；

第二微控制器经第二上位机接口芯片连接速度测试仪器；

第二微控制器还连接有第二存储器以及显示屏，第二存储器用于存储速度数据，显示屏用于显示速度数据；

姿态感应式转速传感器用于检测被测轴的姿态感应信号；

第一微控制器按照采集频率获取姿态感应信号计算出被测轴的转速数据，按照发送频率无线发送给第二微控制器；

第二微控制器将转速数据发送给速度测试仪器。

其中，速度测试仪器为现有成熟的设备，不是本发明的重点；其结构不再介绍。

通过上述的结构设置，所述转速发射模块可通过螺钉、扎带、胶带等方式固定安装在被测轴上，方便现场安装；

转速发射模块与转速接收模块无线连接，转速发射模块的姿态感应式转速传感器检测被测轴的姿态感应信号；第一微控制器按照采集频率获取姿态感应信号计算出被测轴的转速数据，按照发送频率无线发送给第二微控制器；第二微控制器将转速数据发送给速度测试仪器，采用无线方式传送转速信号，解决了布线困难的问题。能够实现高速信号采集，采集频率不受测速齿轮齿数的限制。

第一上位机接口芯片用于连接上位计算机，上位计算机还可用于设置转速发射模块的工作模式以及工作参数，该工作参数包括采集频率和发送频率。

所述姿态感应式转速传感器为三轴加速度传感器。

三轴加速度传感器用于检测被测轴的姿态感应信号；发送给第一微控制器。

所述姿态感应式转速传感器为六轴姿态传感器。

六轴姿态传感器用于检测被测轴的姿态感应信号；发送给第一微控制器。

所述转速发射模块设置有外壳，第一微控制器、姿态感应式转速传感器、第一无线通信模块以及第一上位机接口芯片均设置于外壳中，外壳固定在被测轴上。

外壳对第一微控制器、姿态感应式转速传感器、第一无线通信模块以及第一上位机接口芯片起保护作用，外壳也方便转速发射模块的固定，其中，外壳由塑料制成，设置有方便第一上位机接口芯片连接外部引线的开孔。

所述外壳或者通过扎带、或者通过胶带捆绑在被测轴上，或者通过螺钉固定在被测轴上。

通过上述的安装方式，可以很方便的将外壳安装在被测轴上。

所述外壳为环形或矩形，所述转速发射模块的重心位于外壳的中心，该中心设置有螺钉穿过的过孔；外壳通过螺钉固定在被测轴上。

上述安装方式可以提高被测轴的动平衡。这种结构是优先采用的结构，因为对传动轴的动平衡影响小，并且旋转半径小，离心力小，重力分量占比大，所能测量的最高转速高，测量精度高。

所述外壳为长条形；外壳或者通过扎带、或者通过胶带捆绑在被测轴上。

通过将外壳设为长条形并尽可能减小厚度，捆绑在被测轴的轴径较小的地方，可以减少离心力。

一种高速采集型无线转速测试模块的测速方法，其关键在于：

所述第一微控制器内设置有工作模式设置流程；工作模式设置流程包括如下步骤：

步骤一：第一微控制器通过第一上位机接口芯片连接上位计算机；获取上位计算机发送的工作参数，该工作参数包括采集频率f_a和发送频率f_s；

步骤二：第一微控制器判断当采集频率f_a等于发送频率f_s时，转步骤三；

当采集频率f_a等于发送频率f_s的n倍时，转步骤四；

当采集频率f_a等于发送频率f_s的

倍时，转步骤五；

其中，n为大于1的整数；

否则；转步骤一；

步骤三：第一微控制器调用等频发射模式流程；

步骤四：第一微控制器调用倍频发射模式流程；

步骤五：第一微控制器调用分频发射模式流程；

所述第一微控制器内设置有等频发射模式流程、倍频发射模式流程以及分频发射模式流程；

其中等频发射模式流程包括如下步骤：

步骤A1：第一微控制器根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器的定时器的定时周期；

步骤A2：第一微控制器启动定时器开始计时；

步骤A3：第一微控制器获取姿态感应式转速传感器的姿态感应信号计算转速数据；

步骤A4：第一微控制器通过第一无线通信模块发送转速数据；

步骤A5：第一微控制器等待定时器的定时周期到达；

步骤A6：第一微控制器返回步骤A2；

其中倍频发射模式流程包括如下步骤：

步骤B1：第一微控制器根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器的定时器的定时周期；

步骤B2：第一微控制器启动定时器开始计时；

步骤B3：第一微控制器获取姿态感应式转速传感器的姿态感应信号计算转速数据；

步骤B4：第一微控制器存储转速数据；

步骤B5：第一微控制器等待定时器的定时周期到达；

步骤B6：第一微控制器判断采集次数是否为n？如果是，转步骤B7；如果否，转步骤B2；

步骤B7：第一微控制器通过第一无线通信模块发送n个转速数据；

步骤B8：第一微控制器将采集次数清零；转步骤B2；

其中分频发射模式流程包括如下步骤：

步骤C1：第一微控制器根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器的定时器的定时周期；

步骤C2：第一微控制器获取姿态感应式转速传感器的姿态感应信号计算转速数据；

步骤C3：第一微控制器启动定时器开始计时；

步骤C4：第一微控制器通过第一无线通信模块发送转速数据；

步骤C5：第一微控制器等待定时器的定时周期到达；

步骤C6：第一微控制器判断发送次数是否为n？如果是，转步骤B7；如果否，转步骤C3；

步骤C7：第一微控制器将发送次数清零；转步骤C2。

第一微控制器通过工作模式设置流程，经第一上位机接口芯片连接上位计算机；获取上位计算机发送的工作参数，该工作参数包括采集频率f_a和发送频率f_s；

当采集频率f_a等于发送频率f_s时，调用等频发射模式流程；这种采集方式实时性高，通用性好，是常规的无线传感器工作方式。

当采集频率f_a等于发送频率f_s的n倍时，调用倍频发射模式流程；

倍频发射模式流程与等频发射模式流程相比；

采集频率相同的情况下，可以减少发送次数，降低通信功耗，或者在发射频率一定的情况下，采集频率更高，可以发送更多的数据。这种采集方式适合于采集频率要求高、实时分析要求较低、或者离线分析的场合。

当采集频率f_a等于发送频率f_s的

倍时，调用分频发射模式流程；采集频率是发送频率的1/n，表明采集1次转速信号，重复发送n次。这种情况类似于用采集设备测量磁电式转速传感器的转速值，因为测速齿轮的齿数限制了每转更新转速的次数，在转速较低时，转速的更新频率也下降，就会出现采集设备多次采集到同一个转速值的情况。另一种类似的情况是通过总线读取转速信号，比如车辆领域的CAN总线，有的数据帧是100ms发送一次，读取帧里面的传感器数据的更新频率是10Hz，无法获得高于10Hz的采集频率。因此这种工作模式的功能就是可以用来近似模拟磁电式转速传感器的信号更新方式，也可以用来模拟通过通信总线读取信号的采集方式。

显著效果:本发明提供了一种高速采集型无线转速测试模块及其测速方法，无需布线，安装方便，能够实现高速信号采集，与现有测速齿轮测速相比，采集频率不受限制。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的电路模块图；

图3为转速发射模块的第一种结构和安装示意图；

图4为转速发射模块的第二种结构和安装示意图；

图5为转速发射模块的第三种结构和安装示意图；

图6为第一微控制器的电路图；

图7为姿态感应式转速传感器的电路图；

图8为第一上位机接口芯片的电路图；

图9为转速发射模块的充电芯片的电路图；

图10为转速发射模块的电压转换芯片的电路图；

图11为第二微控制器的电路图；

图12为第二上位机接口芯片的电路图；

图13为转速接收模块的电压转换芯片的电路图；

图14为第一存储器的电路图；

图15为第二存储器的电路图；

图16为工作模式设置流程的流程图；

图17为等频发射模式流程的流程图；

图18为倍频发射模式流程的流程图；

图19为分频发射模式流程的流程图；

图20为转速发射模块的第四种结构和安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-图20所示，一种高速采集型无线转速测试模块，包括转速发射模块1、转速接收模块2以及速度测试仪器3；所述转速发射模块1固定安装在被测轴4上，转速发射模块1与转速接收模块2无线连接，转速接收模块2与速度测试仪器3通过通信电缆相连；

所述转速发射模块1设置有第一微控制器11，第一微控制器11连接有姿态感应式转速传感器12、第一无线通信模块13以及第一上位机接口芯片14；第一上位机接口芯片14用于连接上位计算机接收转速发射模块1的工作参数，该工作参数包括采集频率和发送频率；第一微控制器11还连接有第一存储器，第一存储器用于存储速度数据；

所述转速接收模块2设置有第二微控制器21，第二微控制器21连接有第二无线通信模块22以及第二上位机接口芯片23；

第二无线通信模块22与第一无线通信模块13无线连接；

第二微控制器21经第二上位机接口芯片23连接速度测试仪器3；

第二微控制器21还连接有第二存储器以及显示屏，第二存储器用于存储速度数据，显示屏用于显示速度数据；

姿态感应式转速传感器12用于检测被测轴4的姿态感应信号；

第一微控制器11按照采集频率获取姿态感应信号计算出被测轴4的转速数据，按照发送频率无线发送给第二微控制器21；

第二微控制器21将转速数据发送给速度测试仪器3。

转速发射模块1固定安装在被测轴4上，比如用扎带、胶带等将发射模块捆绑在被测轴上，或者用螺钉将转速发射模块1固定在被测轴4的一端，安装比较简单，无特殊要求，适合现场灵活测试。

转速发射模块1与转速接收模块2无线连接，转速发射模块1的姿态感应式转速传感器12检测被测轴4的姿态感应信号；第一微控制器11按照采集频率获取姿态感应信号计算出被测轴4的转速数据，按照发送频率无线发送给第二微控制器21；第二微控制器21将转速数据发送给速度测试仪器3，采用无线方式传送转速信号，解决了布线困难的问题。能够实现高速信号采集，采集频率不受测速齿轮齿数的限制。

第一上位机接口芯片14用于连接上位计算机，上位计算机还可用于设置转速发射模块1的工作模式以及工作参数，该工作参数包括采集频率和发送频率。

本装置的使用方法如下：

1、将转速发射模块1经通信线与上位计算机相连，设置采集频率和发送频率，根据采集频率和发送频率选择设置工作模式，设置完成后断开转速发射模块1和通信线之间的连接；

2、将转速发射模块1固定在被测轴4上，将转速接收模块2与速度测试仪器3相连；

3、闭合转速发射模块1的电源开关，转速发射模块1按照设定的采集频率采集转速信号，按照设定的发送频率将转速数据发送给转速接收模块2，转速接收模块2将接收到的转速数据进行存储、显示和上传给速度测试仪器3。

其中速度测试仪器3为上位计算机。

所述姿态感应式转速传感器12为三轴加速度传感器。

三轴加速度传感器用于检测被测轴4的姿态感应信号；发送给第一微控制器11。

所述姿态感应式转速传感器12为六轴姿态传感器。

六轴姿态传感器用于检测被测轴4的姿态感应信号；发送给第一微控制器11。

转速发射模块1的结构；

转速发射模块1的主要元件包括第一微控制器11、姿态感应式转速传感器12、第一无线通信模块13以及第一上位机接口芯片14；姿态感应式转速传感器12为三轴加速度传感器或六轴姿态传感器；还包括电池、充电芯片、电压转换芯片等，电路原理图见附图6-附图10。

元件选型：第一微控制器11型号为STM8S003F3P6，第一无线通信模块13选择NRF24L01P模块，三轴加速度传感器选择MMA8451Q，六轴姿态传感器选择MPU6050，电池选择软包充电锂电池，电池容量180mAh，充电芯片为TP4065，电压转换芯片为XC6206P331，第一上位机接口芯片14为USB接口，USB接口芯片为CP2102。转速发射模块1上的USB接口，用来和上位计算机通信以设置参数，同时也是电池充电接口；第一存储器采用SST25VF064存储芯片；

转速接收模块2的结构；

转速接收模块2是一个便携式仪表；

转速接收模块2主要元件包括第二微控制器21、第二无线通信模块22以及第二上位机接口芯片23、电压转换芯片、电池、充电芯片等，电路原理图见图11-图13。

元件选型：第二微控制器21型号为STM8S003F3P6，第二无线通信模块22选择NRF24L01P模块，电压转换芯片为XC6206P331，第二上位机接口芯片23为USB接口，USB接口芯片为CP2102。转速接收模块2上的USB接口用来和上位计算机通信，上传转速数据。第二存储器采用SST25VF064存储芯片；显示屏选择YB12864ZD型液晶屏。电池选择18650型锂电池，充电芯片为TP4065。

所述转速发射模块1设置有外壳15，第一微控制器11、姿态感应式转速传感器12、第一无线通信模块13以及第一上位机接口芯片14均设置于外壳15中，外壳15固定在被测轴4上。

外壳15对第一微控制器11、姿态感应式转速传感器12、第一无线通信模块13以及第一上位机接口芯片14起保护作用，外壳15也方便转速发射模块1的固定，其中，外壳15由塑料制成，设置有方便第一上位机接口芯片14连接外部引线的开孔。

所述外壳15或者通过扎带151、或者通过胶带捆绑在被测轴4上，或者通过螺钉152固定在被测轴4上。

通过上述的安装方式，可以很方便的将外壳15安装在被测轴4上。

所述外壳15为环形或矩形，所述转速发射模块1的重心位于外壳15的中心，该中心设置有螺钉152穿过的过孔；外壳15通过螺钉152固定在被测轴4上。

上述安装方式可以提高被测轴4的动平衡。这种结构是优先采用的结构，因为对传动轴的动平衡影响小，并且旋转半径小，离心力小，重力分量占比大，所能测量的最高转速高，测量精度高。

所述外壳15为长条形；外壳15或者通过扎带151、或者通过胶带捆绑在被测轴4上。

通过将外壳15设为长条形并尽可能减小厚度，捆绑在被测轴4的轴径较小的地方，可以减少离心力。

图20为转速发射模块的第四种结构和安装示意图，为轴端安装方式；

其中轴端安装方式是把转速发射模块1和被测轴4同轴安装固定，尽可能提高与被测轴4同轴度，这样就提高了动平衡性。

工作模式及工作流程

测试开始前，首先设置转速发射模块1的工作参数，包括采集频率和发送频率。采集频率是指转速发射模块1采集转速信号的频率，比如100Hz，表示每秒采集转速信号100次。发送频率是指转速发射模块1将转速数据发射给转速接收模块2的频率，比如1Hz，表示每秒发送1次转速数值。

本发明将两个参数单独设置，有如下3种情况，符号说明：f_a为采集频率，f_s为发送频率；

1、f_a＝f_s，采集频率和发送频率相等，一次只发送一个信号值，这种采集方式实时性高，通用性好，是常规的无线传感器工作方式。

2、f_a＝f_s×n，采集频率是发送频率的n倍，每采集n个转速值后，1次发送出去。与方式1相比，采集频率相同的情况下，可以减少发送次数，降低通信功耗，或者在发射频率一定的情况下，采集频率更高，可以发送更多的数据。这种采集方式适合于采集频率要求高、实时分析要求较低、或者离线分析的场合。

3、f_a＝f_s/n，采集频率是发送频率的1/n，表明采集1次转速信号，重复发送n次。这种情况类似于用采集设备测量磁电式转速传感器的转速值，因为测速齿轮的齿数限制了每转更新转速的次数，在转速较低时，转速的更新频率也下降，就会出现采集设备多次采集到同一个转速值的情况。另一种类似的情况是通过总线读取转速信号，比如车辆领域的CAN总线，有的数据帧是100ms发送一次，读取帧里面的传感器数据的更新频率是10Hz，无法获得高于10Hz的采集频率。因此这种工作模式的功能就是可以用来近似模拟磁电式转速传感器的信号更新方式，也可以用来模拟通过通信总线读取信号的采集方式。

举例说明

比如，现有无线模块的最大发送频率为6000Hz，实验要求信号采集频率为10000Hz，转速显示更新频率为5Hz，那么常规无线传感器采用的模式1就不能满足实验要求，只能采用模式2。比如，可以将采集模块的采集频率设置为10000Hz，发送频率设置为5-6000Hz之间且能够被10000整除的数值，为了降低功耗，建议越小越好，比如设置为5Hz，则每次发送2000组转速数据。

转速接收模块2的功能

1、通过第二无线通信模块22接收转速数值；

2保存转速数值；

3显示转速数值；

4将转速数值通过通信接口上传至上位计算机。

一种高速采集型无线转速测试模块的测速方法，其关键在于：

所述第一微控制器11内设置有工作模式设置流程；工作模式设置流程包括如下步骤：

步骤一：第一微控制器11通过第一上位机接口芯片14连接上位计算机；获取上位计算机发送的工作参数，该工作参数包括采集频率f_a和发送频率f_s；

步骤二：第一微控制器11判断当采集频率f_a等于发送频率f_s时，转步骤三；

当采集频率f_a等于发送频率f_s的n倍时，转步骤四；

当采集频率f_a等于发送频率f_s的

倍时，转步骤五；

其中，n为大于1的整数；

否则；转步骤一；

步骤三：第一微控制器11调用等频发射模式流程；

步骤四：第一微控制器11调用倍频发射模式流程；

步骤五：第一微控制器11调用分频发射模式流程；

所述第一微控制器11内设置有等频发射模式流程、倍频发射模式流程以及分频发射模式流程；

其中等频发射模式流程包括如下步骤：

步骤A1：第一微控制器11根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器11的定时器的定时周期；

步骤A2：第一微控制器11启动定时器开始计时；

步骤A3：第一微控制器11获取姿态感应式转速传感器12的姿态感应信号计算转速数据；

步骤A4：第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送转速数据；

步骤A5：第一微控制器11等待定时器的定时周期到达；

步骤A6：第一微控制器11返回步骤A2；

其中倍频发射模式流程包括如下步骤：

步骤B1：第一微控制器11根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器11的定时器的定时周期；

步骤B2：第一微控制器11启动定时器开始计时；

步骤B3：第一微控制器11获取姿态感应式转速传感器12的姿态感应信号计算转速数据；

步骤B4：第一微控制器11存储转速数据；

步骤B5：第一微控制器11等待定时器的定时周期到达；

步骤B6：第一微控制器11判断采集次数是否为n？如果是，转步骤B7；如果否，转步骤B2；

步骤B7：第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送n个转速数据；

步骤B8：第一微控制器11将采集次数清零；转步骤B2；

其中分频发射模式流程包括如下步骤：

步骤C1：第一微控制器11根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器11的定时器的定时周期；

步骤C2：第一微控制器11获取姿态感应式转速传感器12的姿态感应信号计算转速数据；

步骤C3：第一微控制器11启动定时器开始计时；

步骤C4：第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送转速数据；

步骤C5：第一微控制器11等待定时器的定时周期到达；

步骤C6：第一微控制器11判断发送次数是否为n？如果是，转步骤B7；如果否，转步骤C3；

步骤C7：第一微控制器11将发送次数清零；转步骤C2。

有益效果

1、安装简单，直接将转速发射模块1与被测轴4固定即可，比如用扎带、胶带等将姿态感应式转速传感器12捆绑在被测轴4上，或者用螺丝将姿态感应式转速传感器12固定在被测轴4的一端，没有特殊的安装位置和精度要求，采用无线通信方式将转速数据发送给转速接收模块2，无需布线。

2、采用姿态感应式转速传感器12，不受测速齿轮齿数的限制，提高采集频率；

3、将采集频率和发送频率单独设置，具有三种模式。如果采用采集频率大于发送频率，可大幅降低通信功耗。如果采集频率低于发射频率，可以用来近似模拟磁电式转速传感器的信号更新方式，也可以用来模拟通过通信总线读取信号的采集方式。

所述姿态感应式转速传感器12为三轴加速度传感器；

对于两端支撑固定的旋转轴而言，当转速发射模块1安装固定后，旋转轴的倾角和加速度传感器的旋转半径都是固定不变的，测试前需要对这两个参数进行辨识。参数辨识时，被测轴4要缓慢平稳旋转。

所述的高速采集型无线转速测试模块的测速方法，其关键在于：

控制被测轴4以N转/分匀速运转，其中N<300，第一微控制器11获取姿态感应式转速传感器12的姿态感应信号，采用如下步骤计算被测轴4的倾角和旋转半径；

步骤A11：采用如下加速度平衡方程式(1)-加速度平衡方程式(3)计算出θ、α、a_c；

a_x＝gsinθ (1)

a_y＝gcosθcosα (2)

a_z＝-gcosθsinα+a_c (3)

其中，a_x、a_y、a_z分别是三轴加速度传感器的x轴、y轴、z轴的加速度测量值，θ是被测轴4的倾角计算值，α是被测轴4的转角，r是三轴加速度传感器的转动半径，g是重力加速度，a_c是被测轴4的向心加速度；

步骤A12：对被测轴4进行差分运算，计算被测轴4的角速度ω，

该公式即为对被测轴4进行差分运算；

步骤A13：计算三轴加速度传感器的转动半径r，

重复步骤A11-步骤A13，不断对倾角θ和转动半径r进行滤波，当倾角计算值θ和转动半径r的变化量分别小于设定的误差限值时，倾角计算值θ和转动半径r的数据稳定，将该倾角计算值θ和转动半径r作为被测轴4的倾角基准值θ_ref和三轴姿态传感器的转动半径基准值r_ref。

该倾角基准值θ_ref和三轴姿态传感器的转动半径基准值r_ref即为被测轴4的倾角和旋转半径。

通过上述的方法设置，可以获取被测轴4的倾角基准值θ_ref和三轴姿态传感器的转动半径基准值r_ref。

所述的高速采集型无线转速测试模块的测速方法，其关键在于：

第一微控制器11获取姿态感应式转速传感器12的姿态感应信号采用如下步骤计算转速数据；

步骤A31：采用如下加速度平衡方程式(4)-加速度平衡方程式(6)计算出θ、α、ω；

a_x＝gsinθ (4)

a_z＝-gcosθsinα+r_refω² (6)

为角加速度；ω为被测轴4的转速数据，α则为被测轴4的当前转角。

步骤A32：将θ和θ_ref进行比较，如果误差超过设定的允许误差范围，则认为故障，第一微控制器11连接有故障指示灯，第一微控制器11控制故障指示灯闪烁，第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送故障码。

通过上述的方法设置，第一微控制器11获取姿态感应式转速传感器12的姿态感应信号即可计算转速数据；并能够判断转速发射模块是否出现故障。

现有技术中，采用加速度传感器计算转速的方法一般只针对水平状态的旋转轴，并且不计算转角，本发明提高转速测量频率。

采用六轴姿态传感器辨识被测轴倾角和旋转半径的步骤：

六轴姿态传感器可以直接输出旋转轴倾角θ、旋转角α、角速度ω，根据公式6即可计算出旋转半径r。参数辨识时，被测轴4要缓慢平稳旋转，在开始测试的最初几圈，不断对倾角θ和旋转半径r进行滤波，直至数据稳定，作为旋转轴的倾斜角基准值θ_ref和六轴姿态传感器的转动半径基准值r_ref。

采用六轴姿态传感器计算转速和转角的步骤：

六轴姿态传感器可以直接输出旋转轴倾角θ、旋转角α、角速度ω，因此无需计算，但可用于故障判断：

1、将θ和θ_ref进行比较，如果误差超过设定的允许误差范围，则认为故障，故障指示灯闪烁，通信口发送故障码。

2、将测量值带入公式6，如果等式两端的值超过允许误差范围，则认为故障，故障指示灯闪烁，通信口发送故障码。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高速采集型无线转速测试模块，其特征在于，包括转速发射模块(1)、转速接收模块(2)；所述转速发射模块(1)固定安装在被测轴(4)上，转速发射模块(1)与转速接收模块(2)无线连接；

所述转速发射模块(1)设置有第一微控制器(11)，第一微控制器(11)连接有姿态感应式转速传感器(12)、第一无线通信模块(13)以及第一上位机接口芯片(14)；第一上位机接口芯片(14)用于连接上位计算机接收转速发射模块(1)的工作参数，该工作参数包括采集频率和发送频率；第一微控制器(11)还连接有第一存储器，第一存储器用于存储速度数据；

所述转速接收模块(2)设置有第二微控制器(21)，第二微控制器(21)连接有第二无线通信模块(22)以及第二上位机接口芯片(23)；

第二无线通信模块(22)与第一无线通信模块(13)无线连接；

第二微控制器(21)经第二上位机接口芯片(23)连接速度测试仪器(3)；

第二微控制器(21)还连接有第二存储器以及显示屏，第二存储器用于存储速度数据，显示屏用于显示速度数据；

姿态感应式转速传感器(12)用于检测被测轴(4)的姿态感应信号；

第一微控制器(11)按照采集频率获取姿态感应信号计算出被测轴(4)的转速数据，按照发送频率无线发送给第二微控制器(21)。

2.根据权利要求1所述的高速采集型无线转速测试模块，其特征在于：所述姿态感应式转速传感器(12)为三轴加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的高速采集型无线转速测试模块，其特征在于：所述姿态感应式转速传感器(12)为六轴姿态传感器。

4.根据权利要求1所述的高速采集型无线转速测试模块，其特征在于：所述转速发射模块(1)设置有外壳(15)，第一微控制器(11)、姿态感应式转速传感器(12)、第一无线通信模块(13)以及第一上位机接口芯片(14)均设置于外壳(15)中，外壳(15)固定在被测轴(4)上。

5.根据权利要求4所述的高速采集型无线转速测试模块，其特征在于：所述外壳(15)或者通过扎带(151)、或者通过胶带捆绑在被测轴(4)上，或者通过螺钉(152)固定在被测轴(4)上。

6.根据权利要求5所述的高速采集型无线转速测试模块，其特征在于：所述外壳(15)为环形或矩形，所述转速发射模块(1)的重心位于外壳(15)的中心，该中心设置有螺钉(152)穿过的过孔；外壳(15)通过螺钉(152)固定在被测轴(4)上。

7.根据权利要求5所述的高速采集型无线转速测试模块，其特征在于：所述外壳(15)为长条形；外壳(15)或者通过扎带(151)、或者通过胶带捆绑在被测轴(4)上。

8.根据权利要求1所述的高速采集型无线转速测试模块的测速方法，其特征在于：

所述第一微控制器(11)内设置有工作模式设置流程；工作模式设置流程包括如下步骤：

步骤一：第一微控制器(11)通过第一上位机接口芯片(14)连接上位计算机；获取上位计算机发送的工作参数，该工作参数包括采集频率f_a和发送频率f_s；

步骤二：第一微控制器(11)判断当采集频率f_a等于发送频率f_s时，转步骤三；

当采集频率f_a等于发送频率f_s的n倍时，转步骤四；

当采集频率f_a等于发送频率f_s的

倍时，转步骤五；

其中，n为大于1的整数；

否则；转步骤一；

步骤三：第一微控制器(11)调用等频发射模式流程；

步骤四：第一微控制器(11)调用倍频发射模式流程；

步骤五：第一微控制器(11)调用分频发射模式流程；

所述第一微控制器(11)内设置有等频发射模式流程、倍频发射模式流程以及分频发射模式流程；

其中等频发射模式流程包括如下步骤：

步骤A1：第一微控制器(11)根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器(11)的定时器的定时周期；

步骤A2：第一微控制器(11)启动定时器开始计时；

步骤A3：第一微控制器(11)获取姿态感应式转速传感器(12)的姿态感应信号计算转速数据；

步骤A4：第一微控制器(11)通过第一无线通信模块(13)发送转速数据；

步骤A5：第一微控制器(11)等待定时器的定时周期到达；

步骤A6：第一微控制器(11)返回步骤A2；

其中倍频发射模式流程包括如下步骤：

步骤B1：第一微控制器(11)根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器(11)的定时器的定时周期；

步骤B2：第一微控制器(11)启动定时器开始计时；

步骤B3：第一微控制器(11)获取姿态感应式转速传感器(12)的姿态感应信号计算转速数据；

步骤B4：第一微控制器(11)存储转速数据；

步骤B5：第一微控制器(11)等待定时器的定时周期到达；

步骤B6：第一微控制器(11)判断采集次数是否为n？如果是，转步骤B7；如果否，转步骤B2；

步骤B7：第一微控制器(11)通过第一无线通信模块(13)发送n个转速数据；

步骤B8：第一微控制器(11)将采集次数清零；转步骤B2；

其中分频发射模式流程包括如下步骤：

步骤C1：第一微控制器(11)根据采集频率f_a和发送频率f_s确定第一微控制器(11)的定时器的定时周期；

步骤C2：第一微控制器(11)获取姿态感应式转速传感器(12)的姿态感应信号计算转速数据；

步骤C3：第一微控制器(11)启动定时器开始计时；

步骤C4：第一微控制器(11)通过第一无线通信模块(13)发送转速数据；

步骤C5：第一微控制器(11)等待定时器的定时周期到达；

步骤C6：第一微控制器(11)判断发送次数是否为n？如果是，转步骤B7；如果否，转步骤C3；

步骤C7：第一微控制器(11)将发送次数清零；转步骤C2。

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