CN111399415B - 等效模拟型无线转速传感器的测速方法 - Google Patents

等效模拟型无线转速传感器的测速方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等效模拟型无线转速传感器及其测速方法，包括发射模块；发射模块固定安装在被测轴上，发射模块与接收模块无线连接，接收模块与速度测试仪器通过通信电缆相连；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；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；第一微控制器获取姿态感应信号计算出被测轴的转速数据，发送与转速数据相应的载波信号；第二微控制器接收相应的载波信号，转换成相应的方波信号发送给速度测试仪器。本发明解决现有传感器不便于现场安装以及布线困难的问题，输出信号等效替换传统转速传感器。

Description

等效模拟型无线转速传感器的测速方法
技术领域
本发明涉及转速测试设备，特别是涉及一种等效模拟型无线转速传感器及其测速方法。
背景技术
常用的转速测量方式包括磁电式、光电式等，对于安装精度有一定要求，需要根据每个被测对象制作专用的转速传感器支撑架，不便于现场灵活安装和测试。例如，磁电式传感器的探头和测速齿的距离一般为1-3mm。
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，但是转速传感器需要与测试仪器连接，有时会出现现场布线困难。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。
由于现有测试仪器对于转速的测量大多数都是采用测量方波信号的频率或者周期，为了能够直接替换现有的常规转速传感器，需要无线转速传感器模拟输出与常规转速传感器等效的方波信号。
由于无线转速传感器的采集模块与旋转轴固定，一般由电池供电，为了要延长电池的运行时间，必须采取低功耗运行方式。
本发明的目的是提出一种便于现场快速进行转速测试的传感器——无线转速传感器，解决现有传感器不便于现场安装以及布线困难的问题，输出信号等效替换传统转速传感器。
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等效模拟型无线转速传感器及其测速方法，解决现有传感器不便于现场安装以及布线困难的问题，输出信号等效替换传统转速传感器。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种等效模拟型无线转速传感器，其关键在于，包括发射模块、接收模块以及速度测试仪器；所述发射模块固定安装在被测轴上，发射模块与接收模块无线连接，接收模块与速度测试仪器通过通信电缆相连；
所述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；
所述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；
姿态感应式转速传感器用于检测被测轴的姿态感应信号；
第一微控制器获取姿态感应信号计算出被测轴的转速数据，通过第一无线通信模块发送与转速数据相应的载波信号；
第二微控制器通过第二无线通信模块接收相应的载波信号，转换成相应的方波信号并将方波信号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；
发射模块与接收模块无线连接，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；第一微控制器获取姿态感应信号计算出被测轴的转速数据；发射模块按照设定的模式和参数，发送载波信号给接收模块，接收模块将接收到的脉冲信号转换为方波信号输出，速度测试仪器测量方波信号得到转速值。接收模块输出的转速方波和常规转速传感器的方波是同步的，可以直接替换常规的转速传感器，不用更换速度测试仪器和测试程序。
第一微控制器通过第一无线通信模块将载波信号无线发送给第二微控制器；第二微控制器将接收到的脉冲信号转换为方波信号输出给速度测试仪器，采用无线方式传送载波信号，解决了布线困难的问题。
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发射模块的模式以及参数。
一种等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：所述第一微控制器内设置有固定转角输出模式流程和/或滞后补偿输出模式流程；
当所述第一微控制器内设置有固定转角输出模式流程和滞后补偿输出模式流程时，第一微控制器连接有模式切换装置切换固定转角输出模式流程和滞后补偿输出模式流程；
其中固定转角输出模式流程包括如下步骤：
步骤A1：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，辨识被测轴的倾角和旋转半径；
步骤A2：第一微控制器通过第一无线通信模块发送载波信号，计算被测轴的目标转角；
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被测轴的转速数据和当前转角；
步骤A4：第一微控制器判断当前转角是否到达目标转角？如果否，转步骤 A3；如果是，转步骤A2；
其中滞后补偿输出模式流程包括如下步骤：
步骤B1：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，辨识被测轴的倾角和旋转半径；
步骤B2：第一微控制器通过第一无线通信模块发送载波信号，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，计算被测轴的转速数据和对应的方波周期；
步骤B4：第一微控制器判断计时≥方波周期？如果否，转步骤B3；如果是，转步骤B2。
通过上述的方法设置，第一微控制器根据被测轴的转速数据，通过第一无线通信模块发送对应的载波信号给第二微控制器。
当第一微控制器内仅设置有固定转角输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在固定转角输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片连接上位计算机获取每周脉冲数；
当第一微控制器内仅设置有滞后补偿输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在滞后补偿输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片连接上位计算机获取每周脉冲数；
当第一微控制器内设置有滞后补偿输出模式流程和固定转角发射模式流程时；第一微控制器连接模式切换装置切换滞后补偿输出模式流程和固定转角发射模式流程；比如可以通过第一上位机接口芯片连接上位计算机获取模式测换信号或者通过连接切换开关获取模式测换信号，通过上位计算机可获取每周脉冲数。
一种等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：所述第一微控制器内设置有低功耗固定转角输出模式流程和/或低功耗滞后补偿输出模式流程；
当所述第一微控制器内设置有低功耗固定转角输出模式流程和低功耗滞后补偿输出模式流程时，第一微控制器连接有模式切换装置切换低功耗固定转角输出模式流程和低功耗滞后补偿输出模式流程；
其中低功耗固定转角输出模式流程包括如下步骤：
步骤C1：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，辨识被测轴的倾角和旋转半径；
步骤C2：第一微控制器通过第一无线通信模块发送载波信号，计算被测轴的目标转角；
步骤C3：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被测轴的转速数据和当前转角；
步骤C4：第一微控制器判断当前转角是否到达目标转角？如果否，调用第一延时流程一次，转步骤C3；如果是，转步骤C2；
第一延时流程包括如下步骤；
步骤C41：第一微控制器计算最短脉冲间隔时间；
步骤C42：第一微控制器和姿态感应式转速传感器进入低功耗模式；
步骤C43：第一微控制器延时最短脉冲间隔时间；
步骤C44：第一微控制器和姿态感应式转速传感器唤醒；
其中低功耗滞后补偿输出模式流程包括如下步骤：
步骤D1：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，辨识被测轴的倾角和旋转半径；
步骤D2：第一微控制器通过第一无线通信模块发送载波信号，开始计时；
步骤D3：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，计算被测轴的转速数据和对应的方波周期；
步骤D4：第一微控制器判断计时≥方波周期？如果否，调用第二延时流程一次；转步骤D3；如果是，转步骤D2；
第二延时流程包括如下步骤；
步骤D41：第一微控制器计算最短脉冲间隔时间；
步骤D42：第一微控制器和姿态感应式转速传感器进入低功耗模式；
步骤D43：第一微控制器延时最短脉冲间隔时间；
步骤D44：第一微控制器和姿态感应式转速传感器唤醒。
通过上述的方法设置，第一微控制器内设置有低功耗固定转角输出模式流程和/或低功耗滞后补偿输出模式流程；根据被测轴的转速数据，通过第一无线通信模块发送对应的载波信号给第二微控制器。第一微控制器和姿态感应式转速传感器能够进入低功耗模式，节约发射模块的能耗。
当第一微控制器内仅设置有低功耗固定转角输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在固定转角输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片连接上位计算机获取每周脉冲数；
当第一微控制器内仅设置有低功耗滞后补偿输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在滞后补偿输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片连接上位计算机获取每周脉冲数；
当第一微控制器内设置有低功耗滞后补偿输出模式流程和低功耗固定转角发射模式流程时；第一微控制器连接模式切换装置切换低功耗滞后补偿输出模式流程和低功耗固定转角发射模式流程；比如可以通过第一上位机接口芯片连接上位计算机获取模式测换信号或者通过连接切换开关获取模式测换信号，通过上位计算机可获取每周脉冲数；通过上位计算机可设置被测轴最大角加速度。
所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：
所述步骤C41中：第一微控制器采用公式(1)或公式(2)计算最短脉冲间隔时间；
Figure BDA0002426878360000071
Figure BDA0002426878360000072
其中，t为最短脉冲间隔时间，n为测速齿轮的齿数，
Figure BDA0002426878360000073
为最大角加速度；
θt为目标转角，θa为当前转角，na为当前转速，ωa为当前角速度；
公式(1)-公式(2)中，目标转角θt每次增大固定角度
Figure BDA0002426878360000074
度，当前转角θa、当前转速na、当前角速度ωa三个参数通过读取姿态感应式转速传感器的数据计算得到。通过上述的方法步骤，第一微控制器采用公式(1)或公式(2)可计算最短脉冲间隔时间。
所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：
所述步骤D41中：第一微控制器采用公式(3)计算最短脉冲间隔时间；
Figure BDA0002426878360000075
其中，t为最短脉冲间隔时间，n为测速齿轮的齿数，
Figure BDA0002426878360000076
为最大角加速度；
ωa为当前角速度；ta为当前时间；
当前角速度ωa通过读取姿态感应式转速传感器的数据计算得到，当前时间ta通过第一微控制器的计时器读取，根据该公式可以计算出t。通过上述的方法步骤，第一微控制器采用公式(3)可计算最短脉冲间隔时间。
显著效果:本发明提供了一种等效模拟型无线转速传感器及其测速方法，解决现有传感器不便于现场安装以及布线困难的问题，输出信号等效替换传统转速传感器。
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为发射模块的第一种结构和安装示意图；
图4为发射模块的第二种结构和安装示意图；
图5为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为发射模块的充电芯片的电路图；
图10为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为接收模块的电压转换芯片的电路图；
图14为固定转角输出模式流程的流程图；
图15为滞后补偿输出模式流程的流程图；
图16为低功耗固定转角输出模式流程的流程图；
图17为低功耗滞后补偿输出模式流程的流程图；
图18为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18所示，一种等效模拟型无线转速传感器，包括发射模块1、接收模块2以及速度测试仪器3；所述发射模块1固定安装在被测轴4上，发射模块1与接收模块2无线连接，接收模块2与速度测试仪器3通过通信电缆相连；
所述发射模块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；所述接收模块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；
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获取姿态感应信号计算出被测轴4的转速数据，通过第一无线通信模块13发送与转速数据相应的载波信号；
第二微控制器21通过第二无线通信模块22接收相应的载波信号，转换成相应的方波信号并将方波信号发送给速度测试仪器3。所述发射模块1可通过螺钉、扎带、胶带等方式固定安装在被测轴4上，方便现场安装；
发射模块1与接收模块2无线连接，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获取姿态感应信号计算出被测轴4的转速数据；
发射模块1按照设定的模式和参数，发送载波信号给接收模块2，接收模块2将接收到的脉冲信号转换为方波信号输出，速度测试仪器3测量方波信号得到转速值。接收模块2输出的转速方波和常规转速传感器的方波是同步的，可以直接替换常规的转速传感器，不用更换测试仪器和测试程序。
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。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发射模块1的模式以及参数。
本装置的使用方法如下：
1、将发射模块1经通信线与上位计算机相连，设置工作模式、等效测速齿轮的齿数，即脉冲数/转；如果需要进一步降低功耗，需设置最大角加速度，设置完成后断开发射模块1和通信线之间的连接；2、将发射模块1固定在被测轴 4上，将接收模块2与速度测试仪器3相连；3、闭合发射模块1的电源开关，发射模块1按照设定的模式和参数，发送载波信号给接收模块2，接收模块2将接收到的脉冲信号转换为方波信号输出，速度测试仪器3测量方波信号得到转速值，或者接收模块2直接将转速数据通过通信线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。
发射模块1的结构；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为H34S无线通信模块，用于发送载波信号；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。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。
接收模块2的结构；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为JR43B无线通信模块，用于接收载波信号；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。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。
所述发射模块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18为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，先设置发射模块1的工作模式，包括固定转角输出模式、滞后补偿输出模式，然后设置每周脉冲数，如果采用低功耗模式，则还要设置被测轴4的最大角加速度。接收模块2的功能比较简单，就是监测接收到的载波信号，同步输出转速方波信号，或者通过通信接口发送给速度测试仪器3。下面主要论述速度发射模块的工作流程，即非低功耗运行。
1、固定转角输出模式，是指等效模拟常规转速传感器的信号，按照固定转角间隔输出转速脉冲。比如模拟有20个齿轮的测速齿轮，则每旋转18°发送一个转速脉冲。本发明采用通信方式为ASK/OOK，发射模块1按照固定间隔转角发射一段载波信号，接收模块2会同步收到载波信号，并转换为方波信号输出，忽略期间的时间延迟，则接收模块2输出的转速方波和常规转速传感器的方波是同步的，可以直接替换常规的转速传感器，不用更换测试仪器和测试程序。如图14所示。
2、滞后补偿输出模式，通过测量转速方波信号的周期和频率来计算转速，测量值滞后于实际值半个周期，造成滞后误差。比如，测速齿轮的齿数为10，方波信号的周期是0.1S，角加速度是2πrad/s2，则测量的转速是60r/min，实际转速是63r/min，滞后造成的测量误差是3r/min。为了减少这种滞后误差，发射模块1根据读取传感器的转速值及时调整输出脉冲宽度，则接收模块2接收到的脉冲信号周期就没有滞后误差。如图15所示。
发送和接收载波信号，为了降低功耗，发送载波信号的时间越短越好，只需要保证接收模块2能够正确识别即可，一般为us级别，即，第一微控制器 11STM8S003只需要向H34S模块的RF_DAT引脚发送一个宽度为几us的高电平即可，此时接收模块2的JR43B的RF_DAT引脚会输出一个相同宽度的高电平信号。由于发射载波信号时间极短，所以通信功耗极低，大大延长了电池的运行时间。
一种等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：所述第一微控制器11内设置有固定转角输出模式流程和/或滞后补偿输出模式流程；
当所述第一微控制器11内设置有固定转角输出模式流程和滞后补偿输出模式流程时，第一微控制器11连接有模式切换装置切换固定转角输出模式流程和滞后补偿输出模式流程；
其中固定转角输出模式流程包括如下步骤：
步骤A1：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，辨识被测轴4的倾角和旋转半径；
步骤A2：第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送载波信号，计算被测轴4的目标转角；
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被测轴4的转速数据和当前转角；
步骤A4：第一微控制器11判断当前转角是否到达目标转角？如果否，转步骤A3；如果是，转步骤A2；
其中滞后补偿输出模式流程包括如下步骤：
步骤B1：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，辨识被测轴4的倾角和旋转半径；
步骤B2：第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送载波信号，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，计算被测轴4的转速数据和对应的方波周期；
步骤B4：第一微控制器11判断计时≥方波周期？如果否，转步骤B3；如果是，转步骤B2。
通过上述的方法设置，第一微控制器11根据被测轴4的转速数据，通过第一无线通信模块13发送对应的载波信号给第二微控制器21。
当第一微控制器11内仅设置有固定转角输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在固定转角输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片14连接上位计算机获取每周脉冲数；
当第一微控制器11内仅设置有滞后补偿输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在滞后补偿输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片14连接上位计算机获取每周脉冲数；
当第一微控制器11内设置有滞后补偿输出模式流程和固定转角发射模式流程时；第一微控制器11连接模式切换装置切换滞后补偿输出模式流程和固定转角发射模式流程；比如可以通过第一上位机接口芯片14连接上位计算机获取模式测换信号或者通过连接切换开关获取模式测换信号，通过上位计算机可获取每周脉冲数。
进一步降低功耗的途径
对于电池供电的发射模块1来说，降低功耗非常关键，除了降低通信功耗外，降低第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12的功耗同样重要。
进一步降低功耗的途径为：图14所示的发射模块工作流程中，需要重复采集姿态感应式转速传感器12信号并检查是否达到循环结束条件，第一微控制器 11和姿态感应式转速传感器12始终处于运行状态，功耗较大。为了减少重复的次数，可以在采集姿态感应式转速传感器12信号后，预估最短等待时间，然后让第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12暂时进入低功耗模式，等待预估最短时间结束后再唤醒，降低第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12 的运行时间和功耗。
(1)固定转角输出模式
符号定义：测速齿轮的齿数为n，最大角加速度为
Figure BDA0002426878360000151
预估的最短脉冲间隔时间为t，目标转角为θt，当前转角为θa，当前转速为na，当前角速度为ωa。
关系式为：
Figure BDA0002426878360000152
根据转速na和角速度ωa的关系，上式等效为：
Figure BDA0002426878360000161
公式中，目标转角θt每次增大固定角度
Figure BDA0002426878360000162
最大角加速度
Figure BDA0002426878360000163
是设置参数，当前转角θa、当前转速na、当前角速度ωa三个参数通过读取姿态感应式转速传感器(12)测量和计算得到，根据该公式可以计算出预估的最短间隔时间为t。
举例，测速齿轮的齿数为10，则目标转角每次增大36°，如果上次目标转角为0°，那么这次的目标转角就是36°，设置发射模块1参数时设置的最大角加速度为20πrad/s2，测量的当前转速和转角，假设为600r/min和0°，带入上式后得到
50t2+100t-1＝0；
则可计算出最短脉冲间隔时间为0.00995s，考虑到第一微控制器11唤醒时间，比如50us，可以让第一微控制器11休眠0.0099s。
(2)滞后补偿输出模式
符号定义：最短脉冲间隔时间为t，当前时间为ta。关系式为：
Figure BDA0002426878360000164
公式中，最大角加速度
Figure BDA0002426878360000165
是设置参数，当前角速度ωa通过读取传感器测量和计算得到，当前时间为ta通过计时器读取，根据该公式可以计算出t。
举例，测速齿轮的齿数n为10，设置发射模块1参数时设置的最大角加速度为20πrad/s2，当前时间ta为0，测量的当前转速，假设为600r/min，则根据上式可计算出最短脉冲间隔时间为t＝0.0099s，考虑到第一微控制器11唤醒时间，比如50us，可以让单片机休眠0.00985s。
一种等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：所述第一微控制器11内设置有低功耗固定转角输出模式流程和/或低功耗滞后补偿输出模式流程；当所述第一微控制器11内设置有低功耗固定转角输出模式流程和低功耗滞后补偿输出模式流程时，第一微控制器11连接有模式切换装置切换低功耗固定转角输出模式流程和低功耗滞后补偿输出模式流程；
其中低功耗固定转角输出模式流程包括如下步骤：
步骤C1：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，辨识被测轴4的倾角和旋转半径；
步骤C2：第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送载波信号，计算被测轴4的目标转角；
步骤C3：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被测轴4的转速数据和当前转角；
步骤C4：第一微控制器11判断当前转角是否到达目标转角？如果否，调用第一延时流程一次，转步骤C3；如果是，转步骤C2；
调用第一延时流程一次是指，第一微控制器11还判断被测轴4在初始转角和第一目标转角比如36度之间时，如果没有调用第一延时流程，则调用第一延时流程一次，否则，直接返回转步骤C3，在第一目标转角比如36度与第二目标转角72度之间，又判断如果没有调用第一延时流程，则调用第一延时流程一次，否则，直接返回转步骤C3，在第二目标转角比如72度与第三目标转角108度之间，又判断如果没有调用第一延时流程，则调用第一延时流程一次，否则，直接返回转步骤C3，以此类推；
第一延时流程包括如下步骤；
步骤C41：第一微控制器11计算最短脉冲间隔时间；
步骤C42：第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12进入低功耗模式；
步骤C43：第一微控制器11延时最短脉冲间隔时间；
步骤C44：第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12唤醒；
其中低功耗滞后补偿输出模式流程包括如下步骤：
步骤D1：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，辨识被测轴4的倾角和旋转半径；
步骤D2：第一微控制器11通过第一无线通信模块13发送载波信号，开始计时；
步骤D3：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，计算被测轴4的转速数据和对应的方波周期；
步骤D4：第一微控制器11判断计时≥方波周期？如果否，调用第二延时流程一次；转步骤D3；如果是，转步骤D2；
调用第二延时流程一次是指，第一微控制器11还判断被测轴4的初始转角和第一目标转角比如36度之间，仅调用第二延时流程一次，在第一目标转角比如 36度与第二目标转角72度之间，又调用第二延时流程一次，在第二目标转角比如72度与第三目标转角108度之间，又调用第二延时流程一次，以此类推；
第二延时流程包括如下步骤；
步骤D41：第一微控制器11计算最短脉冲间隔时间；
步骤D42：第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12进入低功耗模式；
步骤D43：第一微控制器11延时最短脉冲间隔时间；
步骤D44：第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12唤醒。
通过上述的方法设置，第一微控制器11内设置有低功耗固定转角输出模式流程和/或低功耗滞后补偿输出模式流程；根据被测轴4的转速数据，通过第一无线通信模块13发送对应的载波信号给第二微控制器21。第一微控制器11和姿态感应式转速传感器12能够进入低功耗模式，节约发射模块1的能耗。
当第一微控制器11内仅设置有低功耗固定转角输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在固定转角输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片14连接上位计算机获取每周脉冲数；
当第一微控制器11内仅设置有低功耗滞后补偿输出模式流程时，每周脉冲数可预先设置在滞后补偿输出模式流程中，或通过第一上位机接口芯片14连接上位计算机获取每周脉冲数；当第一微控制器11内设置有低功耗滞后补偿输出模式流程和低功耗固定转角发射模式流程时；第一微控制器11连接模式切换装置切换低功耗滞后补偿输出模式流程和低功耗固定转角发射模式流程；比如可以通过第一上位机接口芯片14连接上位计算机获取模式测换信号或者通过连接切换开关获取模式测换信号，通过上位计算机可获取每周脉冲数；通过上位计算机可设置被测轴最大角加速度。
所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：所述步骤C41 中：第一微控制器11采用公式(1)或公式(2)计算最短脉冲间隔时间；
Figure BDA0002426878360000191
Figure BDA0002426878360000192
其中，t为最短脉冲间隔时间，n为测速齿轮的齿数，
Figure BDA0002426878360000193
为最大角加速度；
θt为目标转角，θa为当前转角，na为当前转速，ωa为当前角速度；
公式(1)-公式(2)中，目标转角θt每次增大固定角度
Figure BDA0002426878360000201
度，当前转角θa、当前转速na、当前角速度ωa三个参数通过读取姿态感应式转速传感器12的数据计算得到。
所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：
所述步骤D41中：第一微控制器11采用公式(3)计算最短脉冲间隔时间；
Figure BDA0002426878360000202
其中，t为最短脉冲间隔时间，n为测速齿轮的齿数，
Figure BDA0002426878360000203
为最大角加速度；
ωa为当前角速度；ta为当前时间；
当前角速度ωa通过读取姿态感应式转速传感器12的数据计算得到，当前时间ta通过第一微控制器11的计时器读取，根据该公式可以计算出t。
有益效果1、安装简单，直接将发射模块1与被测轴4固定即可，比如用扎带、胶带等将传感器捆绑在被测轴4上，或者用螺钉将传感器固定在被测轴的一端，没有特殊的安装位置和精度要求，采用无线通信方式将载波信号发送给接收模块2，无需布线，安装简单。2、接收模块2的输出信号可直接替换常规转速传感器，能够灵活设置每转的脉冲数，比如磁电式传感器的测速齿轮的齿数，通用性强。3、输出信号包括两种模式：包括等效同步输出模式、滞后补偿输出模式，其中滞后补偿输出模式可以补偿常规测量方式的滞后误差，提高转速测量精度。4、接收模块2的无线通信采用脉冲方式发射载波信号，由于发射时间极短，所以通信功耗极低，结合第一微控制器11低功耗运行模式，大大延长了电池运行时间。5、采用ASK/OOK通信方式，通信芯片成本低，电路简单，体积小，重量轻，转动惯量小，对被测轴4动平衡和转动惯量影响小。
所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其关键在于：所述姿态感应式转速传感器12为三轴加速度传感器；在步骤A1和步骤B1：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(11)-加速度平衡方程式(31)计算出θ、α、ac；
ax＝gsinθ (11)
ay＝gcosθcosα (21)
az＝-gcosθsinα+ac (31)
其中，ax、ay、az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，ac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，
Figure BDA0002426878360000211
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，
Figure BDA0002426878360000212
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θref和三轴姿态传感器的转动半径基准值rref。
该倾角基准值θref和三轴姿态传感器的转动半径基准值rref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θref和三轴姿态传感器的转动半径基准值rref。
所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法的测速方法，其关键在于：
所述步骤A3和步骤B3中，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；
ax＝gsinθ (4)
Figure BDA0002426878360000221
az＝-gcosθsinα+rrefω2 (6)
Figure BDA0002426878360000222
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θref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；并能够判断发射模块是否出现故障。
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 (3)

1.一种等效模拟型无线转速传感器的测速方法，用于等效模拟型无线转速传感器，等效模拟型无线转速传感器包括发射模块(1)、接收模块(2)以及速度测试仪器(3)；所述发射模块(1)固定安装在被测轴(4)上，发射模块(1)与接收模块(2)无线连接，接收模块(2)与速度测试仪器(3)通过通信电缆相连；
所述发射模块(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)和第一无线通信模块(13)；
所述接收模块(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)；
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)；
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)获取姿态感应信号计算出被测轴(4)的转速数据，通过第一无线通信模块(13)发送与转速数据相应的载波信号；
第二微控制器(21)通过第二无线通信模块(22)接收相应的载波信号，转换成相应的方波信号并将方波信号发送给速度测试仪器(3)；
其特征在于：所述第一微控制器(11)内设置有低功耗固定转角输出模式流程和/或低功耗滞后补偿输出模式流程；
当所述第一微控制器(11)内设置有低功耗固定转角输出模式流程和低功耗滞后补偿输出模式流程时，第一微控制器(11)连接有模式切换装置切换低功耗固定转角输出模式流程和低功耗滞后补偿输出模式流程；
其中低功耗固定转角输出模式流程包括如下步骤：
步骤C1：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，辨识被测轴(4)的倾角和旋转半径；
步骤C2：第一微控制器(11)通过第一无线通信模块(13)发送载波信号；计算被测轴(4)的目标转角；
步骤C3：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被测轴(4)的转速数据和当前转角；
步骤C4：第一微控制器(11)判断当前转角是否到达目标转角； 如果否，调用第一延时流程一次，转步骤C3；如果是，转步骤C2；
第一延时流程包括如下步骤；
步骤C41：第一微控制器(11)计算最短脉冲间隔时间；
步骤C42：第一微控制器(11)和姿态感应式转速传感器(12)进入低功耗模式；
步骤C43：第一微控制器(11)延时最短脉冲间隔时间；
步骤C44：第一微控制器(11)和姿态感应式转速传感器(12)唤醒；
其中低功耗滞后补偿输出模式流程包括如下步骤：
步骤D1：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，辨识被测轴(4)的倾角和旋转半径；
步骤D2：第一微控制器(11)通过第一无线通信模块(13)发送载波信号，开始计时；
步骤D3：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，计算被测轴(4)的转速数据和对应的方波周期；
步骤D4：第一微控制器(11)判断计时≥方波周期； 如果否，调用第二延时流程一次；转步骤D3；如果是，转步骤D2；
第二延时流程包括如下步骤；
步骤D41：第一微控制器(11)计算最短脉冲间隔时间；
步骤D42：第一微控制器(11)和姿态感应式转速传感器(12)进入低功耗模式；
步骤D43：第一微控制器(11)延时最短脉冲间隔时间；
步骤D44：第一微控制器(11)和姿态感应式转速传感器(12)唤醒。
2.根据权利要求1所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其特征在于：
所述步骤C41中：第一微控制器(11)采用公式(1)或公式(2)计算最短脉冲间隔时间；
Figure FDA0002810610050000031
Figure FDA0002810610050000032
其中，t为最短脉冲间隔时间，
Figure FDA0002810610050000033
为最大角加速度；
θt为目标转角，θa为当前转角，na为当前转速，ωa为当前角速度；
公式(1)-公式(2)中，目标转角θt每次增大固定角度
Figure FDA0002810610050000034
度，n为测速齿轮的齿数，当前转角θa、当前转速na、当前角速度ωa三个参数通过读取姿态感应式转速传感器(12)的数据计算得到。
3.根据权利要求1所述的等效模拟型无线转速传感器的测速方法，其特征在于：
所述步骤D41中：第一微控制器(11)采用公式(3)计算最短脉冲间隔时间；
Figure FDA0002810610050000041
其中，t为最短脉冲间隔时间，n为测速齿轮的齿数，
Figure FDA0002810610050000042
为最大角加速度；
ωa为当前角速度；ta为当前时间；
当前角速度ωa通过读取姿态感应式转速传感器(12)的数据计算得到，当前时间ta通过第一微控制器(11)的计时器读取，根据该公式可以计算出t。
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