CN112629645A - 一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法。本发明涉及仪器仪表扭振测量技术领域，本发明将激励线圈通高频交流电流，空间内产生交变磁场，根据激励线圈的空间分布，通过永磁体探针使磁场聚焦于轴上一点，得到电平信号；对激励线圈进行脉冲间隔采集，确定相邻两个线圈的分度角；根据分度角分别确定瞬时角速度和平均角速度，并根据瞬时角速度和平均角速度确定扭振角速度。本发明利用聚焦磁场原理测得高低电平信号，改善了传统电磁传感器漏磁大，精度低及光电传感器不宜应用于恶劣工况的缺点。采用柔性电路板印制接收线圈，粘贴于被测轴上，解决了等分齿盘在复杂工况下不易安装，影响轴系动平衡的问题。

Description

一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法

技术领域

本发明涉及仪器仪表扭振测量技术领域，是一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法。

背景技术

扭转振动具有极大的破坏性，近年来测量扭转振动的方法以脉冲时序法最为常见，脉冲时序法按照分度装置或传感器类型可分为两种：

1.磁电式脉冲时序法：在被测轴上安装等分齿盘，由电磁传感器测等分齿盘，得出高低电平脉冲信号。缺点：在复杂的工况当中等分齿盘难于安装在被测轴上，且影响轴系动平衡，传统的电磁传感器磁力线发散，漏磁现象严重影响精度。

2.光电式脉冲时序法：在被测轴上粘贴黑白相间的条纹带，由光电编码器测此黑白相间的条纹带，得到高低电平脉冲信号。缺点：光电编码器不适合在条件恶劣的工况下运行。

发明内容

本发明为了解决改善了传统电磁传感器漏磁大，精度低的问题，本发明提供了一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，所述方法基于一种磁场聚焦的脉冲时序扭振传感器，所述传感器包括永磁体探针、接收线圈和激励线圈，包括以下步骤：

步骤1：激励线圈通高频交流电流，空间内产生交变磁场，根据激励线圈的空间分布，通过永磁体探针使磁场聚焦于轴上一点，得到电平信号；

步骤2：对激励线圈进行脉冲间隔采集，确定相邻两个线圈的分度角；

步骤3：根据分度角分别确定瞬时角速度和平均角速度，并根据瞬时角速度和平均角速度确定扭振角速度。

优选地，所述步骤1具体为：

将永磁体探针使磁场聚焦于轴上一点，随轴转动，磁聚焦点在接收线圈矩形内部时，由于接收线圈内部的磁通量改变，接收线圈上产生感应电压；所述接收线圈为矩形，确定接收线圈的感应电压，通过下式表示感应电压：

其中，B是磁感应强度，S是矩形的面积，U是接收线圈的感应电压；

当被测轴没有扭转振动发生时，被测轴的角速度可作为匀速转动的平均角速度

当被测轴有扭转振动发生时，通过下式表示被测轴的瞬时角速度ω₁：

其中，ω_tor为扭振角速度。

优选地，当磁聚焦点位于两个矩形之间时，接收线圈的磁通量变化为零，接收线圈的感应电压为零。

优选地，所述步骤2具体为：采用高频计数器进行激励线圈脉冲间隔的采集，接收线圈上设有n组矩形线圈，相邻一组矩形线圈，确定第i个线圈与第i+1个线圈之间的时间间隔：

其中，c_i和c_i+1为第i个和第i+1个脉冲突破至计数器阈值电压时计数器所记录下来的数值，f为高频计数器晶振频率。

优选地，通过下式表示相邻两个矩形线圈所占的分度角Δθ：

根据相邻两个矩形线圈所占的分度角Δθ确定瞬时角速度和平均角速度：

根据瞬时角速度和平均角速度计算扭振角速度，通过下式表示扭振角速度ω_tor：

其中，T_sum为旋转轴旋转一周所用时间。

本发明具有以下有益效果：

本发明利用聚焦磁场原理测得高低电平信号，改善了传统电磁传感器漏磁大，精度低及光电传感器不宜应用于恶劣工况的缺点。采用柔性电路板印制接收线圈，粘贴于被测轴上，解决了等分齿盘在复杂工况下不易安装，影响轴系动平衡的问题。

附图说明

图1为当被测轴没有扭转振动发生时的脉冲图像；

图2为当被测轴有扭转振动发生时的脉冲图像

图3为基于磁聚焦并联式角度的转速传感器结构图；

图4为传感器安装示意图；

图5为壳罩示意图；

图6为接收线圈示意图；

图7为激励线圈示意图；

图8为计数器阈值电压示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1至图8所示，本发明提供一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法：

一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，包括以下步骤：

步骤1：激励线圈通高频交流电流，空间内产生交变磁场，根据激励线圈的空间分布，通过永磁体探针使磁场聚焦于轴上一点，得到电平信号；

所述步骤1具体为：

将永磁体探针使磁场聚焦于轴上一点，随轴转动，磁聚焦点在接收线圈矩形内部时，由于接收线圈内部的磁通量改变，接收线圈上产生感应电压；所述接收线圈为矩形，确定接收线圈的感应电压，通过下式表示感应电压：

其中，B是磁感应强度，S是矩形的面积，U是接收线圈的感应电压；

由公式可知，B一定的情况下，一定时间内，电压与S成正比。S的变化，导致U的变化。

当被测轴没有扭转振动发生时，被测轴的角速度可作为匀速转动的平均角速度

当被测轴有扭转振动发生时，通过下式表示被测轴的瞬时角速度ω₁：

其中，ω_tor为扭振角速度。

当磁聚焦点位于两个矩形之间时，接收线圈的磁通量变化为零，接收线圈的感应电压为零。

步骤2：对激励线圈进行脉冲间隔采集，确定相邻两个线圈的分度角；

所述步骤2具体为：采用高频计数器进行激励线圈脉冲间隔的采集，接收线圈上设有n组矩形线圈，相邻一组矩形线圈，确定第i个线圈与第i+1个线圈之间的时间间隔：

其中，c_i和c_i+1为第i个和第i+1个脉冲突破至计数器阈值电压时计数器所记录下来的数值，f为高频计数器晶振频率。

步骤3：根据分度角分别确定瞬时角速度和平均角速度，并根据瞬时角速度和平均角速度确定扭振角速度。

通过下式表示相邻两个矩形线圈所占的分度角Δθ：

根据相邻两个矩形线圈所占的分度角Δθ确定瞬时角速度和平均角速度：

根据瞬时角速度和平均角速度计算扭振角速度，通过下式表示扭振角速度ω_tor：

其中，T_sum为旋转轴旋转一周所用时间。

本发明提供的方法基于一种磁场聚焦的脉冲时序扭振传感器所述传感器包括激励线圈、接收线圈、主轴、柔性电路板、定子处理电路、转子处理电路、永磁体探针和传感器壳罩；

所述激励线圈印刷在柔性电路板，若干层柔性电路板固定安装在传感器壳罩内部，所述定子处理电路上设有安装孔，所述定子处理电路通过安装孔安装在传感器壳罩的内壁上，所述传感器壳罩呈圆弧型，所述传感器壳罩的两侧端设有两个安装孔，所述传感器壳罩的外壳中心处设有永磁体探针压铸孔，所述永磁体探针压铸孔内设有螺纹；

所述主轴表面粘贴有接收线圈和转子处理电路，所述结构线圈为首尾相连的矩形，所述转子处理电路连接结构线圈，所述永磁体探针压透过永磁体探针压铸孔铸于传感器壳罩上，所述永磁体探针位于接收线圈矩形内部。所述若干层柔性电路板叠加形成金字塔式排列的激励线圈。所述激励线圈采用矩形激励线圈，形状呈弯曲圆弧状的圆形。所述定子处理电路包括振荡电路和无线供电发射电路。所述转子处理电路包括信号采集电路、信号处理电路、无线供电电路和无线传输电路。

本发明是在距离待测轴上方布置若干个激励线圈，每个激励线圈施加20MHz的高频正弦电流，每个激励线圈的电流幅值根据其位置来定。根据磁场的叠加性原理，通过永磁体探针，永磁体探针压铸于塑料罩壳上，使磁场聚焦于待测轴表面上一点。罩壳、激励线圈和定子处理电路共同组成传感器的定子，固定罩壳，含有激励线圈的柔性电路板固定于罩壳内部，定子处理电路通过安装孔安装于罩壳两侧内壁

本发明利用聚焦磁场原理测得高低电平信号，改善了传统电磁传感器漏磁大，精度低及光电传感器不宜应用于恶劣工况的缺点。采用柔性电路板印制接收线圈，粘贴于被测轴上，解决了等分齿盘在复杂工况下不易安装，影响轴系动平衡的问题。

以上所述仅是一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法的优选实施方式，一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，所述方法基于一种磁场聚焦的脉冲时序扭振传感器，所述传感器包括永磁体探针、接收线圈和激励线圈，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：激励线圈通高频交流电流，空间内产生交变磁场，根据激励线圈的空间分布，通过永磁体探针使磁场聚焦于轴上一点，得到电平信号；

步骤2：对激励线圈进行脉冲间隔采集，确定相邻两个线圈的分度角；

步骤3：根据分度角分别确定瞬时角速度和平均角速度，并根据瞬时角速度和平均角速度确定扭振角速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，其特征是：所述步骤1具体为：

将永磁体探针使磁场聚焦于轴上一点，随轴转动，磁聚焦点在接收线圈矩形内部时，由于接收线圈内部的磁通量改变，接收线圈上产生感应电压；所述接收线圈为矩形，确定接收线圈的感应电压，通过下式表示感应电压：

其中，B是磁感应强度，S是矩形的面积，U是接收线圈的感应电压；

当被测轴没有扭转振动发生时，被测轴的角速度可作为匀速转动的平均角速度

当被测轴有扭转振动发生时，通过下式表示被测轴的瞬时角速度ω₁：

其中，ω_tor为扭振角速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，其特征是：当磁聚焦点位于两个矩形之间时，接收线圈的磁通量变化为零，接收线圈的感应电压为零。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，其特征是：所述步骤2具体为：采用高频计数器进行激励线圈脉冲间隔的采集，接收线圈上设有n组矩形线圈，相邻一组矩形线圈，确定第i个线圈与第i+1个线圈之间的时间间隔：

其中，c_i和c_i+1为第i个和第i+1个脉冲突破至计数器阈值电压时计数器所记录下来的数值，f为高频计数器晶振频率。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁场聚焦的脉冲时序扭振测量方法，其特征是：通过下式表示相邻两个矩形线圈所占的分度角Δθ：

根据相邻两个矩形线圈所占的分度角Δθ确定瞬时角速度和平均角速度：

根据瞬时角速度和平均角速度计算扭振角速度，通过下式表示扭振角速度ω_tor：

其中，T_sum为旋转轴旋转一周所用时间。

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