CN112924710A - 转速相位分析仪及其控制方法、转速相位分析系统、介质 - Google Patents

转速相位分析仪及其控制方法、转速相位分析系统、介质 Download PDF

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CN112924710A
CN112924710A CN201911242754.7A CN201911242754A CN112924710A CN 112924710 A CN112924710 A CN 112924710A CN 201911242754 A CN201911242754 A CN 201911242754A CN 112924710 A CN112924710 A CN 112924710A
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宋建江
季玉忠
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Xinjiang Goldwind Science and Technology Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments

Abstract

本申请提供了一种转速相位分析仪及其控制方法、转速相位分析系统、介质。转速相位分析仪包括：基座、以及设置于基座上的加速度传感器和控制器，基座用于固定在旋转部件上；加速度传感器，用于在随旋转部件转动的过程中，采集多个时刻的加速度值；控制器，与加速度传感器电连接，用于接收多个时刻的加速度值，根据多个时刻的加速度值，确定出旋转部件在至少一个时刻的转速和/或相位，将旋转部件在至少一个时刻的转速和/或相位数据向第一设备发送。该转速相位分析仪能够在加速度传感器采集加速度值的过程中或之后，根据旋转部件在多个时刻的加速度值，确定出旋转部件在至少一个时刻的瞬时转速和/或瞬时相位，测量过程更加简化且测量的精度更高。

Description

转速相位分析仪及其控制方法、转速相位分析系统、介质
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体而言，本申请涉及一种转速相位分析仪及其控制方法、转速相位分析系统、介质。
背景技术
在旋转设备的工作过程中，需要测量旋转部件的瞬时转速和瞬时相位，用于监测旋转设备的状态或诊断故障等。
现有的用于测量旋转部件转速的方法包括光电码盘测速法、霍尔元件测速法和离心式转速表测速法等。上述方法都属于键相法，即测量连续两个键相的时间差，再根据键相的角度差，进而计算出这段时间的平均转速，但是难以测量出准确的瞬时转速。当然，键相法也可以测量近似的瞬时相位，然而测得的瞬时相位也不够准确。
综上所述，现有的用于测量旋转部件转速仪器及其测量方法，无法测得较准确的瞬时速度或瞬时相位。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种转速相位分析仪及其控制方法、转速相位分析系统、介质，用以解决现有的用于测量旋转部件转速仪器及其测量方法，无法测得较准确的瞬时速度或瞬时相位技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种转速相位分析仪，包括：基座、以及设置于基座上的加速度传感器和控制器，
基座用于固定在旋转部件上；
加速度传感器，用于在随旋转部件转动的过程中，采集多个时刻的加速度值；
控制器，与加速度传感器电连接，用于接收多个时刻的加速度值，根据多个时刻的加速度值，确定出旋转部件在至少一个时刻的转速和/或相位，将旋转部件在至少一个时刻的转速和/或相位数据向第一设备发送。
第二方面，本申请实施例提供了一种转速相位分析系统，包括第一设备、以及本申请实施例提供的转速相位分析仪；
第一设备与转速相位分析仪的控制器通信连接，用于接收旋转部件在至少一个时刻的转速和/或相位数据。
第三方面，本申请实施例提供了一种转速相位分析仪的控制方法，应用于本申请实施例提供的转速相位分析仪，包括：接收加速度传感器采集的旋转部件在转动过程中多个时刻的加速度值；
根据多个时刻的加速度值，确定出旋转部件在至少一个时刻的转速和/或相位；
将旋转部件在至少一个时刻的转速和/或相位数据向第一设备发送。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被控制器执行时，实现本申请实施例提供的转速相位分析仪的控制方法。
本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
本申请实施例提供的转速相位分析仪，能够在加速度传感器采集加速度值的过程中或之后，根据旋转部件在多个时刻的加速度值，确定出旋转部件在至少一个时刻的瞬时转速和/或瞬时相位，测量过程更加简化且测量的精度更高，有助于降低投入成本，具有较高的推广价值。转速相位分析仪确定出瞬时转速和/或瞬时相位，能够用于监测旋转设备的状态或诊断故障，保证旋转设备的正常运行。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例提供的一种转速相位分析仪的架构示意图；
图2是本申请实施例提供的转速相位分析仪与旋转部件的位置关系示意图；
图3是本申请实施例提供的转速相位分析仪的一种部分结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种转速相位分析系统的架构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种转速相位分析仪的控制方法的流程示意图；
图6是本申请实施例提供的另一种转速相位分析仪的控制方法的流程示意图；
图7是本申请实施例提供加速度传感器采集的多个时刻的加速度值的波形图；
图8是本申请实施例提供的根据待测时刻的转频，确定出旋转部件在待测时刻的相位的具体方法的流程示意图。
附图标号的说明如下：
100-转速相位分析仪；
1-基座；111-通孔；
2-加速度传感器；3-控制器；
4-模数转换器；5-发电装置；
51-微型光伏发电机；511-太阳能板；
52-微型风力发电机；521-叶片；
6-电能存储装置；7-充电接口；8-磁吸装置；
9-位指示标识；10-开关；11-天线；
200-第一设备；
300-旋转部件。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
本申请实施例提供了一种转速相位分析仪100，如图1和图2所示，转速相位分析仪100包括：基座1、以及设置于基座1上的加速度传感器2和控制器3，基座1用于固定在旋转部件300上。
加速度传感器2，用于在随旋转部件300转动的过程中，采集多个时刻的加速度值。
控制器3，与加速度传感器2电连接，用于接收多个时刻的加速度值，根据多个时刻的加速度值，确定出旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位，将旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据向第一设备200发送。
应当说明的是，旋转部件300是指旋转设备在工作时，做转动动作的部件。例如，旋转设备为风力发电机组，旋转部件300为电机的转子，基座1固定在转子上；或者，旋转部件300为叶片，基座1固定在叶片上，又或者基座1固定在叶片所连接的轮毂上。
由于基座1固定在旋转部件300上，因此基座1上的加速度传感器2可以随旋转部件300一起转动，且在任意一个时刻，旋转部件300和加速度传感器2的加速度值是相同的，也就是说，加速度传感器2采集的多个时刻的加速度值实际上就是旋转部件300在上述多个时刻的加速度值。在旋转部件300的旋转一周的过程中，随着旋转部件300的相位变化，旋转部件300的加速度值也会发生变化。控制器3根据加速度传感器2采集的多个时刻的加速度值，确定旋转部件300的运动情况，计算出旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位。旋转部件300在某一时刻的转速和相位，实际上就是旋转部件300在该时刻的瞬时转速和瞬时相位。第一设备200在接收到旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据后，展示旋转部件300在对应时刻的转速和/或相位。
本申请实施例提供的转速相位分析仪100，能够在加速度传感器2采集加速度值的过程中或之后，根据旋转部件300在多个时刻的加速度值，确定出旋转部件300在至少一个时刻的瞬时转速和/或瞬时相位，测量过程更加简化且测量的精度更高，有助于降低投入成本，具有较高的推广价值。转速相位分析仪100确定出瞬时转速和/或瞬时相位，能够用于监测旋转设备的状态或诊断故障，保证旋转设备的正常运行。
本领域的技术人员可以理解，加速度传感器2采集的信号是模拟信号，而控制器3能够接受的信号类型为数字信号。因此，如图1所示，本申请实施例提供的转速相位分析仪100还包括模数转换器4。加速度传感器2的输出端与模数转换器4的输入端电连接，模数转换器4的输出端与控制器3的输入端电连接。模数转换器4将加速度传感器2采集的模拟信号转换为数字信号，再将转换后的数字信号发送至控制器3。
在本申请的一个实施例中，如图1所示，转速相位分析仪100还包括设置于基座1的发电装置5和电能存储装置6。发电装置5与电能存储装置6电连接，用于为电能存储装置6补充电能。电能存储装置6，分别与加速度传感器2和控制器3电连接。
电能存储装置6可以为加速度传感器2和控制器3提供电能，发电装置5可以产生电能并为电能存储装置6充电，这可以确保转速相位分析仪100可以长时间无间断地工作。另外，转速相位分析仪100不需要与外部电源连接，无需布置较复杂的线路，只需要将基座1与旋转部件300固定连接即可，这既简化了电源的布置方式，也简化了转速相位分析仪100在旋转部件300上的安装和拆卸步骤。
本申请实施例对发电装置5的类型不做具体限制。例如，发电装置5可以包括微型光伏发电机51和微型风力发电机52中的至少一种。
为了进一步提高为电能存储装置6充电功能的可靠性，在本申请的一个实施例中，如图1所示，转速相位分析仪100还包括设置于基座1的充电接口7。充电接口7的输出端与电能存储装置6电连接，充电接口7的输入端用于与外部电源电连接。电能存储装置6，分别与加速度传感器2和控制器3电连接
当发电装置5无法发电或发电量不足时，可以将外部电源与充电接口7连接，利用外部电源为电能存储装置6充电。
本申请实施例对电能存储装置6的类型不做具体限制。例如，电能存储装置6可以为锂电池。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，转速相位分析仪100还包括磁吸装置8。磁吸装置8的一端与基座1连接，磁吸装置8的磁吸端用于与旋转部件300磁吸连接。基座1以磁吸的方式与旋转部件300连接，进一步简化了转速相位分析仪100在旋转部件300上的安装和拆卸步骤。
当然，在能够满足转速相位分析仪100与旋转部件300能够相对固定的前提下，本申请实施例对基座1与旋转部件300连接的连接方式不做具体限制。例如，基座1以粘接的方式与旋转部件300连接；或者，基座1以机械连接(如螺栓连接)的方式与旋转部件300连接。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，基座1可以为盒体。加速度传感器2、模数转换器4、控制器3和电能存储装置6可以设置在盒体的内部。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，微型光伏发电机51的太阳能板511设置在盒体的表面，微型光伏发电机51的其他部分可以设置在盒体的内部。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，盒体侧壁开设的通孔111作为微型风力发电机52的风道，微型风力发电机52的叶片521位于风道内，微型风力发电机52其他部分可以设置在盒体的内部。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，充电接口7设置于盒体的侧壁。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，磁吸装置8位于盒体的底部，磁吸装置8的一端与盒体的底面连接。
在本申请的一个实施例中，基座1还设置有原位指示标识9。以图3为例，原位指示标识9可以是盒体上的箭头符号。
基座1安装至旋转部件300后，原位指示标识9所指向的位置，可以设置为初始相位零点。可以以该初始相位零点为基准，其轴向的其他位置做定义。例如，如图2所示，原位指示标识9指向A点，A点记为初始相位零点，夹角AOB为70度，则B点可被定义为70度位置。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，转速相位分析仪100还包括开关10，开关10用于开启和关闭电能存储装置6。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，转速相位分析仪100还包括天线11，天线11与控制器3电连接，控制器3通过天线11将旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据向第一设备200发送。以图3为例，电线设置在盒体的外部。
应当说明的是，基座1也可以为其他结构形式，如板状或凸台状等，此处不再赘述。
在本申请的一个实施例中，控制器3用于：确定出待测时刻所属的第一加速度变化时段的类型；将与第一加速度变化时段的类型相同的前一个加速度变化时段，作为参考时段；在参考时段中，确定出与待测时刻的加速度值相等的参考加速度值所对应的参考时刻；根据待测时刻和参考时刻的时间差，确定出旋转部件300在待测时刻的转速和/或相位。
在本申请的一个实施例中，控制器3用于：将预设的单位时间除以时间差得到第一商值，将第一商值作为旋转部件300在待测时刻的转速。
在本申请的一个实施例中，控制器3用于：将时间差的倒数作为旋转部件300在待测时刻的转频，根据待测时刻的转频，确定出旋转部件300在待测时刻的相位。
在本申请的一个实施例中，控制器3用于：对比待测时刻的加速度值和前一时刻的加速度值；若待测时刻的加速度值大于前一时刻的加速度值，则确定第一加速度变化时段为加速度上升时段；若待测时刻的加速度值小于前一时刻的加速度值，则确定第一加速度变化时段为加速度下降时段；若第一加速度变化时段为加速度上升时段，则将前一个加速度上升时段作为参考时段；若第一加速度变化时段为加速度下降时段，则将前一个加速度下降时段作为参考时段。
在本申请的一个实施例中，控制器3用于：在参考时段中，确定出与待测时刻的加速度值接近的至少两个加速度值，作为基础加速度值；根据至少两个基础加速度值对应的时刻，确定出参考时刻。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种转速相位分析系统，如图4所示，转速相位分析系统包括第一设备200、以及本申请上述各实施例提供的转速相位分析仪100。
第一设备200与转速相位分析仪100的控制器3通信连接，用于接收旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据。第一设备200在接收到旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据后，展示旋转部件300在对应时刻的转速和/或相位。
应当说明的是，第一设备200可以是手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、增强现实(augmented reality，AR)/虚拟现实(virtual reality，VR)设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等电子设备，本申请实施例对第一设备200的具体类型不作任何限制。
第一设备200与控制器3可以通过无线上网(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)或紫蜂协议(ZigBee)的方式进行通信。当然，第一设备200与控制器3还可以通过长期演进技术(LongTerm Evolution，LTE)、第二代移动通信技术(2nd-Generation wireless telephonetechnology，2G)、第三代移动通信技术(3rd-Generation wireless telephonetechnology，3G)、第四代移动通信技术(the 4th Generation mobile communicationtechnology，4G)或第五代移动通信技术(the 5th Generation mobile communicationtechnology，5G)的方式进行通信。本申请实施例对第一设备200与控制器3之间的具体通信方式不作任何限制。
本申请实施例提供的转速相位分析系统，与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该转速相位分析系统中未详细示出的内容可参考前面的各实施例，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种转速相位分析仪的控制方法，该控制方法应用于本申请上述各实施例提供的转速相位分析仪100。
应当说明的是，本申请实施例提供的转速相位分析仪的控制方法的执行主体为控制器3，控制方法的流程示意图如图5所示，包括：
S101：接收加速度传感器2采集的旋转部件300在转动过程中多个时刻的加速度值。
由于基座1固定在旋转部件300上，因此基座1上的加速度传感器2可以随旋转部件300一起转动，且在任意一个时刻，旋转部件300和加速度传感器2的加速度值是相同的。也就是说，接收到的多个时刻的加速度值实际上就是旋转部件300在上述多个时刻的加速度值。
可选地，控制器3接收加速度传感器2在随旋转部件300转动的过程中采集的多个时刻的加速度值。由于加速度传感器2固定在旋转部件300上，因此，加速度传感器2采集的加速度值在数据上等于旋转部件300的加速度值，即加速度传感器2采集的是旋转部件300的加速度值。
S102：根据多个时刻的加速度值，确定出旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位。
在旋转部件300的旋转一周的过程中，随着旋转部件300的相位变化，旋转部件300的加速度值也会发生变化。控制器3根据加速度传感器2采集的多个时刻的加速度值，确定旋转部件300的运动情况，计算出旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位。
多个时刻中的每个时刻都可以作为待测时刻，在步骤S102，按照每个待测时刻的次序，依次确定每个待测时刻的转速和/或相位。
在本申请的一个实施例中，步骤S102具体包括：确定出待测时刻所属的第一加速度变化时段的类型；将与第一加速度变化时段的类型相同的前一个加速度变化时段，作为参考时段；在参考时段中，确定出与待测时刻的加速度值相等的参考加速度值所对应的参考时刻；根据待测时刻和参考时刻的时间差，确定出旋转部件300在待测时刻的转速和/或相位。
S103：将旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据，向第一设备200发送。
第一设备200在接收到旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据后，展示旋转部件300在对应时刻的转速和/或相位。
本申请实施例提供的转速相位分析仪的控制方法，能够在加速度传感器2采集加速度值的过程中或之后，根据旋转部件300在多个时刻的加速度值，确定出旋转部件300在至少一个时刻的瞬时转速和/或瞬时相位，测量过程更加简化且测量的精度更高，有助于降低投入成本，具有较高的推广价值。转速相位分析仪100确定出瞬时转速和/或瞬时相位，能够用于监测旋转设备的状态或诊断故障，保证旋转设备的正常运行。
本申请实施例还提供了另一种转速相位分析仪的控制方法，该控制方法以一个待测时刻为例，具体介绍确定该待测时刻的转速和/或相位的具体步骤。该控制方法的流程示意图如图6所示，包括：
S201：接收加速度传感器2采集的旋转部件300在转动过程中待测时刻的加速度值。
以图7为例，在图7中，横坐标表示加速度传感器2采样的时刻，纵坐标表示各时刻对应的加速度值。在图7中，加速度值会随着时间发生变化，由于误差的存在，在不同的时段，加速度值的变化规律一般略有不同。时刻tk为待测时刻，接收待测时刻tk的加速度值ak。
S202：确定出待测时刻所属的第一加速度变化时段的类型。
假设在时刻ta，旋转部件300和转速相位分析仪100处于图2所示的状态。在时刻ta开始，加速度传感器2以预设的采样频率多个时刻的加速度值，并向控制器3发送。多个时刻的加速度值的波形图如图7所示。
本领域的技术人员可以理解，由于采样频率的限制，波形图并不是由连接的加速度值构成的，而是由多个时刻的加速度值拟合形成的，因此波形图中的各点包括采样点和非采样点。采样点的时刻和加速度值是真实测量得到的；非采样点的时刻和加速度值未被采样到，是不确定的。
根据加速度值会随着时间变化的规律，可以将加速度变化时段分为加速度上升时段和加速度下降时段。在加速度上升时段，每个时刻的加速度值小于前一时刻的加速度值；在加速度下降时段，每个时刻的加速度值大于前一时刻的加速度值。
以图7为例，时刻ta至时刻te为其中一个加速度下降时段，时刻te至时刻tf为其中一个加速度上升时段。
在本申请实施例中，将待测时刻所属的时段称为第一加速度变化时段，步骤S202的目的是确定出第一加速度变化时段的类型。
以图7为例，时刻tk为待测时刻，待测时刻tk所属的时段称为第一加速度变化时段(时刻tf至时刻tg)，待测时刻tk的加速度值为ak。
在本申请的一个实施例中，步骤S202具体包括：
(a1)对比待测时刻的加速度值和前一时刻的加速度值。
以图7为例，在第一加速度变化时段中，待测时刻tk的前一时刻为时刻tb。对比待测时刻tk的加速度值ak和前一时刻tk-1的加速度值ak-1。K为正整数。
(a2)若待测时刻的加速度值大于前一时刻的加速度值，则确定第一加速度变化时段为加速度上升时段；若待测时刻的加速度值小于前一时刻的加速度值，则确定第一加速度变化时段为加速度下降时段。
如图7所示，待测时刻tk的加速度值ak小于前一时刻tk-1的加速度值ak-1，确定第一加速度变化时段为加速度下降时段。
S203：将与第一加速度变化时段的类型相同的前一个加速度变化时段，作为参考时段。
在本申请的一个实施例中，步骤S203具体包括：若第一加速度变化时段为加速度上升时段，则将前一个加速度上升时段作为参考时段；若第一加速度变化时段为加速度下降时段，则将前一个加速度下降时段作为参考时段。
在步骤时S202中已确定待测时刻tk所属的第一加速度变化时段为加速度下降时段。确定出第一加速度变化时段的前一个加速度下降时段，将该前一个加速度下降时段作为参考时段。
在图7中，前一个加速度下降时段为时刻ta和时刻te之间的时段，将时刻ta和时刻te之间的时段作为参考时段。
S204：在参考时段中，确定出与待测时刻的加速度值相等的参考加速度值所对应的参考时刻，之后执行步骤S205和步骤S206中的至少一个。
以图7为例，待测时刻tk的加速度值为ak，则在时刻ta和时刻te之间的时段中确出加速度值为ak的时刻。假设时刻ta和时刻te之间的时段中加速度值为ak的时刻为时刻tc，则将时刻tc作为参考时刻。
本领域的技术人员可以理解，若时刻ta和时刻te之间的时段中加速度值为ak所属的点为采样点，也就是说，在时刻ta和时刻te之间的时段，恰好采样到加速度值ak，则可以直接确定出的参考时刻tc。
若时刻ta和时刻te之间的时段中加速度值为ak所属的点为非采样点，也就是说，在时刻ta和时刻te之间的时段，未采样到加速度值ak，则需要通过下述步骤(b1)和步骤(b2)确定出参考时刻tc。
(b1)在参考时段中，确定出与待测时刻的加速度值接近的至少两个加速度值，作为基础加速度值。
应当说明的是，基础加速度值所属的点应当为采样点。
在本申请的一个实施例中，为了提高所确定出的参考时刻的准确度，可以在时刻ta和时刻te之间的时段中确定出两个与待测时刻的加速度值接近的加速度值，其中一个为ab，另外一个为ad。ab是所有的被采样到且大于ak的加速度值中，最接近ak的加速度值；ad是在所有的被采样到且小于ak的加速度值中，最接近ak的加速度值。将加速度值ab和加速度值ad作为基础加速度值。
(b2)根据至少两个基础加速度值对应的时刻，确定出参考时刻。
以图7为例，基础加速度值ab对应的时刻为时刻tb，基础加速度值ad对应的时刻为时刻td。将时刻tb和时刻td作为基础时刻。根据基础时刻tb和基础时刻td，通过插值的方法，确定出参考时刻tc。
S205：根据待测时刻和参考时刻的时间差，确定出旋转部件300在待测时刻的转速。
如图7所示，待测时刻tk与参考时刻tc的时间差为T，根据时间差T确定出旋转部件300在待测时刻的转速。
本领域的技术人员可以理解，由参考时刻tc到待测时刻tk，旋转部件300恰好转动一周，时间差T为旋转部件300在待测时刻tk完成转动一周所用的时间。
在本申请的一个实施例中，步骤S205具体包括：将预设的单位时间除以时间差得到第一商值，将第一商值作为旋转部件300在待测时刻的转速。
可选地，假设预设的单位时间为1分钟，时间差T的单位为秒，则待测时刻的转速Rk可以由下述公式(1)计算得到：
Figure BDA0002306715560000131
S206：根据待测时刻和参考时刻的时间差，确定出旋转部件300在待测时刻的相位。
如图7所示，待测时刻tk与参考时刻tc的时间差为T，根据时间差T确定出旋转部件300在待测时刻的转速。
在本申请的一个实施例中，步骤S206具体包括：将时间差的倒数作为旋转部件300在待测时刻的转频，根据待测时刻的转频，确定出旋转部件300在待测时刻的相位ψk。
本领域的技术人员可以理解，由参考时刻tc到待测时刻tk，旋转部件300恰好转动一周，时间差T为旋转部件300在待测时刻tk完成转动一周所用的时间，该时间差T的倒数为旋转部件300在待测时刻tk完成转动一周的转频。
旋转部件300在待测时刻的转频fk可以由下述公式(2)计算得到：
Figure BDA0002306715560000141
在步骤S206中，根据待测时刻的转频，确定出旋转部件300在待测时刻的相位ψk。的具体步骤将在后续内容中做进一步的介绍。
S207：将旋转部件300在至少一个时刻的转速和/或相位数据，向第一设备200发送。
向第一设备200发送的频率可以根据实际的设计需要而定。可以在确定出旋转部件300在待测时刻tk的转速Rk和/或相位ψk后，立即将转速Rk和/或相位ψk向第一设备200发送。也可以在确定出旋转部件300在多个时刻的转速和/或相位数据后，将多个时刻的转速和/或相位数据一起向第一设备200发送。
应当说明的是，本申请实施例提供的转速相位分析仪的控制方法可以周期性执行，在执行完步骤S205和步骤S206后，可以将时刻tk的后一时刻tk+1作为新的待测时刻，重复执行步骤S201至步骤S206。当然，如果不需要确定转速，则可以不执行步骤S205；如果不需要确定相位，则可以不执行步骤S206。
本申请实施例还提供了步骤S206中，根据待测时刻的转频，确定出旋转部件300在待测时刻的相位的具体方法，该具体方法的流程示意图如图8所示，具体包括下述步骤：
S301：将待测时刻和参考时刻之间的时段作为取值时段。
如图7所示，将待测时刻tk和参考时刻tc之间的时段(即时间差T所对应的时段)，作为取值时段。
S302：确定出用于表达取值时段中各时刻的加速度估计值的解析表达式。
在本申请实施例中，解析表达式包括与待测时刻的转频相关的余弦函数项、与待测时刻的转频相关的正弦函数项、以及待解常数项。
在本申请的一个实施例中，步骤S302具体包括：
(c1)确定出待测时刻的转频与取值时段中时刻的第一乘积项，将第一乘积项的余弦函数与第一待解权重项的乘积项，作为余弦函数项。
可选地，余弦函数项的表达式为A1cos2πfkti。
在上述余弦函数项的表达式中：
fk为待测时刻tk的转频；
ti为取值时段中的各个时刻，i＝(c…k)。例如，当i＝c时表示时刻为tc，当i＝d时表示时刻为td，依次类推；
A1为第一待解权重项。
(c2)确定出待测时刻的转频与取值时段中时刻的第二乘积项，将第一乘积项的正弦函数与第二待解权重项的乘积项，作为正弦函数项。
可选地，正弦函数项的表达式为B1sin2πfkti。
fk为待测时刻tk的转频；取值时段中时刻为ti为取值时段中时刻，i＝(c…k)；B1为第二待解权重项。
可选地，待解常数项用C表达。
(c3)将余弦函数项、正弦函数项和待解常数项相加得到的第一和值，作为取值时段对应时刻的加速度估计值。
可选地，解析表达式为公式(3)
Figure BDA0002306715560000151
Figure BDA0002306715560000152
中的i与ti中的i的含义相同。当i＝c时表示时刻为tc，
Figure BDA0002306715560000153
为时刻tc的加速度估计值；当i＝d时表示时刻为td，
Figure BDA0002306715560000154
为时刻td的加速度估计值，依次类推。公式(3)中的第一待解权重项A1、第二待解权重项B1和待解常数项C为待求解的未知数。
本领的技术人员可以理解，解析表达式也可以为其它形式，此处不再赘述。
S303：求解取值时段中各时刻的加速度值与加速度估计值的总偏差，在取得最小的总偏差时，将余弦函数项的第一待解权重项的值、正弦函数项的第二待解权重项的值，分别作为第一系数、第二系数。
应当说明的是，加速度传感器2采集多个时刻的加速度值可以被看作是测量值，而上述解析表达式求取的加速度估计值的为估计值。步骤S303实际上就是通过求解测量值与估计值的最小总偏差，来确定出最优的第一待解权重项、第二待解权重项和待解常数项。
在本申请的一个实施例中，总偏差可以为残差平方和(Sum Squared Residual，SSR),在取得最小的残差平方和时，将余弦函数项的第一待解权重项的值、正弦函数项的第二待解权重项的值，分别作为第一系数、第二系数。
可选地，在取值时段中，加速度传感器2采集的各时刻的加速度值可以用yi表示，i＝(c…k)；当i＝c时，yc为时刻tc的加速度值ac；当i＝d时，yd为时刻td的加速度值ad，依次类推。
残差平方和ε可以通过公式(4)求解：
Figure BDA0002306715560000161
将取值时段中的各时刻代入公式(4)中，将第一待解权重项A1、第二待解权重项B1和待解常数项C分别周期性地替换为不同的值，在取得最小的残差平方和时，第一待解权重项A1此时的值即为最优的第一待解权重项，第二待解权重项B1此时的值即为最优的第二待解权重项，待解常数项C此时的值即为最优的待解常数项。
假设最优的第一待解权重项的数值为A10，最优的第二待解权重项的数值为B10，则将A10和B10分别作为第一系数、第二系数。待解常数项的数值为C10。
S304：利用第一系数和第二系数确定出待测时刻的参考相位。
在本申请的一个实施例中，步骤S304具体包括：
若第一系数大于或等于零，则将第二系数的负数除以第一系数得到第二商值，将第二商值的反正切函数值，作为参考相位。
若第一系数小于零，则将第二系数的负数除以第一系数得到第二商值，将第二商值的反正切函数值与π得到第二和值，将第二和值作为参考相位。
具体地，在步骤S303中，已确定出第一系数为A10，第二系数为B10，待测时刻的参考相位ψ′k可以通过下述公式(5)计算得到：
Figure BDA0002306715560000171
S305：根据待测时刻的参考相位确定出待测时刻的相位。
在本申请的一个实施例中，步骤S305具体包括：
(d1)获取在待测时刻之前、且与待测时刻接近的至少两个已测时刻的参考相位。
应当说明的是，已测时刻是指，在执行确定待测时刻tk之前，已经确定出其相位的时刻。例如，至少两个已测时刻的参考相位分别是待测时刻tk的前一时刻tk-1、以及时刻tk-1的前一时刻tk-2。当然，至少两个已测时刻还可以包括更多个其它时刻，此处不再列举。
本领域的技术人员可以理解，本申请实施例提供的转速相位分析仪的控制方法可以周期性执行。在执行确定待测时刻tk的相位的步骤之前，已经依次将时刻tk-2和时刻tk-1作为待测时刻，确定出了时刻tk-2和时刻tk-1的相位和参考相位。因此，在步骤(d1)中，时刻tk-2和时刻tk-1的参考相位时已知的。在本申请实施例中，时刻tk-1的参考相位记为ψ′k-1，时刻tk-2的参考相位记为ψ′k-2。
(d2)根据待测时刻的参考相位、以及至少两个已测时刻的参考相位，确定出待测时刻的相位。
在步骤(d2)之前，参考相位ψ′k、参考相位ψ′k-1以及参考相位ψ′k-2，可以根据采用三点平滑的方法，确定出待测时刻tk的相位。
本申请实施例提供的转速相位分析仪的控制方法，与前面的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该转速相位分析仪的控制方法中未详细示出的内容可参考前面的各实施例，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被控制器3执行时，实现本申请上述各实施例提供的转速相位分析仪的控制方法。
该计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM、RAM、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本申请实施例提供的计算机可读存储介质，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该计算机可读存储介质中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。
应用本申请实施例，至少能实现如下技术效果：
1、本申请实施例提供的转速相位分析仪，能够在加速度传感器采集加速度值的过程中或之后，根据旋转部件在多个时刻的加速度值，确定出旋转部件在至少一个时刻的瞬时转速和/或瞬时相位，测量过程更加简化且测量的精度更高，有助于降低投入成本，具有较高的推广价值。转速相位分析仪确定出瞬时转速和/或瞬时相位，能够用于监测旋转设备的状态或诊断故障，保证旋转设备的正常运行。
2、在本申请实施例提供的转速相位分析仪中，电能存储装置可以为加速度传感器和控制器提供电能，发电装置可以产生电能并为电能存储装置充电，这可以确保转速相位分析仪可以长时间无间断地工作。另外，转速相位分析仪不需要与外部电源连接，无需布置较复杂的线路，只需要将基座与旋转部件固定连接即可，这既简化了电源的布置方式，也简化了转速相位分析仪在旋转部件上的安装和拆卸步骤。
3、在本申请实施例提供的转速相位分析仪中，基座以磁吸的方式与旋转部件连接，进一步简化了转速相位分析仪在旋转部件上的安装和拆卸步骤。
4、在本申请实施例提供的控制方法中，通过找到与待测时刻的加速度值相同的时刻，来确定出旋转部件在待测时刻恰好完成转动一周所用的时间，该时间的倒数实际上就是旋转部件在待测时刻的瞬时转速。在上述确定瞬时转速的过程，并不是通过求解旋转部件在较长一段时间中平均转速来确定待测时刻的瞬时转速，而是仅考虑旋转部件在与待测时刻最接近的时段转动一周过程中的数据，较大程度地排除了与待测时刻无关的因素的影响，采用的数据更加客观合理，从而保证得到的瞬时转速更加准确。
5、在本申请实施例提供的控制方法中，首先确定出能够较准确地估测旋转部件在多个时刻的解析表达式，之后将解析表达式中权重项代入相位的求解公式来计算待测时刻的参考相位；最后利用待测时刻和已测时刻的参考相位来确定出待测时刻最终的相位。上述过程综合考虑了多个因素对相位结果的影响，较大程度地排除了误差，计算过程科学合理，有效地保证了相位结果的准确性。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (18)

1.一种转速相位分析仪(100)，其特征在于，包括：基座(1)、以及设置于所述基座(1)上的加速度传感器(2)和控制器(3)，
所述基座(1)用于固定在旋转部件(300)上；
所述加速度传感器(2)，用于在随所述旋转部件(300)转动的过程中，采集多个时刻的加速度值；
所述控制器(3)，与所述加速度传感器(2)电连接，用于接收所述多个时刻的加速度值，根据所述多个时刻的加速度值，确定出所述旋转部件(300)在至少一个时刻的转速和/或相位，将所述旋转部件(300)在至少一个时刻的转速和/或相位数据向第一设备(200)发送。
2.根据权利要求1所述的转速相位分析仪(100)，其特征在于，所述控制器(3)用于：
确定出待测时刻所属的第一加速度变化时段的类型；
将与所述第一加速度变化时段的类型相同的前一个加速度变化时段，作为参考时段；
在所述参考时段中，确定出与所述待测时刻的加速度值相等的参考加速度值所对应的参考时刻；
根据所述待测时刻和所述参考时刻的时间差，确定出所述旋转部件(300)在所述待测时刻的转速和/或相位。
3.根据权利要求2所述的转速相位分析仪(100)，其特征在于，所述控制器(3)用于：将预设的单位时间除以所述时间差得到第一商值，将所述第一商值作为所述旋转部件(300)在所述待测时刻的转速；
和/或，将所述时间差的倒数作为所述旋转部件(300)在所述待测时刻的转频，根据所述待测时刻的转频，确定出所述旋转部件(300)在所述待测时刻的相位。
4.根据权利要求2所述的转速相位分析仪(100)，其特征在于，所述控制器(3)用于：
对比所述待测时刻的加速度值和前一时刻的加速度值；
若所述待测时刻的加速度值大于所述前一时刻的加速度值，则确定所述第一加速度变化时段为加速度上升时段；若所述待测时刻的加速度值小于所述前一时刻的加速度值，则确定所述第一加速度变化时段为加速度下降时段；
若所述第一加速度变化时段为加速度上升时段，则将前一个加速度上升时段作为所述参考时段；若所述第一加速度变化时段为加速度下降时段，则将前一个加速度下降时段作为所述参考时段。
5.根据权利要求2所述的转速相位分析仪(100)，其特征在于，所述控制器(3)用于：在所述参考时段中，确定出与所述待测时刻的加速度值接近的至少两个加速度值，作为基础加速度值；根据至少两个所述基础加速度值对应的时刻，确定出所述参考时刻。
6.根据权利要求1所述的转速相位分析仪(100)，其特征在于，所述转速相位分析仪(100)还包括设置于所述基座(1)的发电装置(5)和电能存储装置(6)；所述发电装置(5)，与所述电能存储装置(6)电连接，用于为所述电能存储装置(6)补充电能；所述电能存储装置(6)，分别与所述加速度传感器(2)和所述控制器(3)电连接；
和/或，包括设置于所述基座(1)的充电接口(7)和电能存储装置(6)；所述充电接口(7)的输出端与所述电能存储装置(6)电连接，所述充电接口(7)的输入端用于与外部电源电连接；所述电能存储装置(6)，分别与所述加速度传感器(2)和所述控制器(3)电连接。
7.根据权利要求1所述的转速相位分析仪(100)，其特征在于，包括磁吸装置(8)；
所述磁吸装置(8)的一端与所述基座(1)连接，所述磁吸装置(8)的磁吸端用于与所述旋转部件(300)磁吸连接。
8.一种转速相位分析系统，其特征在于，包括第一设备(200)、以及如权利要求1-7中任一项所述的转速相位分析仪(100)；
所述第一设备(200)与所述转速相位分析仪(100)的控制器(3)通信连接，用于接收所述旋转部件(300)在至少一个时刻的转速和/或相位数据。
9.一种转速相位分析仪的控制方法，应用于如权利要求1-7中任一项所述的转速相位分析仪(100)，其特征在于，包括：
接收加速度传感器(2)采集的旋转部件(300)在转动过程中多个时刻的加速度值；
根据所述多个时刻的加速度值，确定出所述旋转部件(300)在至少一个时刻的转速和/或相位；
将所述旋转部件(300)在至少一个时刻的转速和/或相位数据向第一设备(200)发送。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述多个时刻的加速度值，确定出所述旋转部件(300)在至少一个时刻的转速和/或相位，包括：
确定出待测时刻所属的第一加速度变化时段的类型；
将与所述第一加速度变化时段的类型相同的前一个加速度变化时段，作为参考时段；
在所述参考时段中，确定出与所述待测时刻的加速度值相等的参考加速度值所对应的参考时刻；
根据所述待测时刻和所述参考时刻的时间差，确定出所述旋转部件(300)在所述待测时刻的转速和/或相位。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述待测时刻和所述参考时刻的时间差，确定出所述旋转部件(300)在所述待测时刻的转速和/或相位，包括：
将预设的单位时间除以所述时间差得到第一商值，将所述第一商值作为所述旋转部件(300)在所述待测时刻的转速；
和/或，将所述时间差的倒数作为所述旋转部件(300)在所述待测时刻的转频，根据所述待测时刻的转频，确定出所述旋转部件(300)在所述待测时刻的相位。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述待测时刻的转频，确定出所述旋转部件(300)在所述待测时刻的相位，包括：
将所述待测时刻和所述参考时刻之间的时段作为取值时段；
确定出用于表达所述取值时段中各时刻的加速度估计值的解析表达式，所述解析表达式包括与所述待测时刻的转频相关的余弦函数项、与所述待测时刻的转频相关的正弦函数项、以及待解常数项；
求解所述取值时段中各时刻的加速度值与加速度估计值的总偏差，在取得最小的总偏差时，将所述余弦函数项的第一待解权重项的值、所述正弦函数项的第二待解权重项的值，分别作为第一系数、第二系数；
利用所述第一系数和所述第二系数确定出所述待测时刻的参考相位，根据所述待测时刻的参考相位确定出所述待测时刻的相位。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述确定出用于表达所述取值时段中各时刻的加速度估计值的解析表达式，包括：
确定出所述待测时刻的转频与所述取值时段中时刻的第一乘积项，将第一乘积项的余弦函数与第一待解权重项的乘积项，作为所述余弦函数项；
确定出所述待测时刻的转频与所述取值时段中时刻的第二乘积项，将第一乘积项的正弦函数与第二待解权重项的乘积项，作为所述正弦函数项；
将所述余弦函数项、所述正弦函数项和所述待解常数项相加得到的第一和值，作为所述取值时段对应时刻的加速度估计值。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述利用所述第一系数和所述第二系数确定出所述待测时刻的参考相位，包括：
若所述第一系数大于或等于零，则将所述第二系数的负数除以所述第一系数得到第二商值，将所述第二商值的反正切函数值，作为所述参考相位；
若所述第一系数小于零，则将所述第二系数的负数除以所述第一系数得到第二商值，将所述第二商值的反正切函数值与π得到第二和值，将所述第二和值作为所述参考相位。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述待测时刻的参考相位确定出所述待测时刻的相位，包括：
获取在所述待测时刻之前、且与所述待测时刻接近的至少两个已测时刻的参考相位；
根据所述待测时刻的参考相位、以及所述至少两个已测时刻的参考相位，确定出所述待测时刻的相位。
16.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述确定出待测时刻所属的第一加速度变化时段的类型，包括：
对比所述待测时刻的加速度值和前一时刻的加速度值；
若所述待测时刻的加速度值大于所述前一时刻的加速度值，则确定所述第一加速度变化时段为加速度上升时段；若所述待测时刻的加速度值小于所述前一时刻的加速度值，则确定所述第一加速度变化时段为加速度下降时段；
以及，所述将与所述第一加速度变化时段的类型相同的前一个加速度变化时段，作为参考时段，包括：
若所述第一加速度变化时段为加速度上升时段，则将前一个加速度上升时段作为所述参考时段；若所述第一加速度变化时段为加速度下降时段，则将前一个加速度下降时段作为所述参考时段。
17.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，在所述参考时段中，确定出与所述待测时刻的加速度值相等的参考加速度值所对应的参考时刻，包括：
在所述参考时段中，确定出与所述待测时刻的加速度值接近的至少两个加速度值，作为基础加速度值；
根据至少两个所述基础加速度值对应的时刻，确定出所述参考时刻。
18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被控制器(3)执行时，实现如权利要求9-17中任一项所述的转速相位分析仪的控制方法。
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