CN113607970B - 一种利用离心力测量转速的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用离心力测量转速的方法及装置，涉及转速测量技术领域，其中装置包括两个悬臂梁、两个应变片和转速计算控制器；两个悬臂梁对称固定于转轴的径向两侧表面；两个悬臂梁在转轴旋转时产生微形变；两个应变片分别粘贴于两个悬臂梁的悬空臂表面；两个应变片根据微形变产生电阻信号；转速计算控制器与两个应变片相连；转速计算控制器根据电阻信号计算转轴转速。通过对称设置的两个应变片可抵消重力对测量结果的影响，提高转速测量的精度。

Description

一种利用离心力测量转速的方法及装置

技术领域

本发明涉及测量物体转速技术领域，特别是涉及一种利用离心力测量转速的方法及装置。

背景技术

转速测量在各个技术领域应用广泛。现有转速测量方式包括：利用霍尔元件、电磁元件或光电元件获取转轴转动周期内的脉冲数，根据脉冲数计算转轴转速。还包括利用机械式仪表测量转轴离心力的方式测量转轴转速，但是在测量非竖直放置的转轴转速时，机械式仪表中的应变片会受到重力的影响导致测量结果会出现一定的误差，转轴的转速越低测量结果的误差就越大。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用离心力测量转速的方法及装置，用以解决传统机械式仪表在测量非竖直放置的转轴转速时会受到重力的影响导致测量结果精确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种利用离心力测量转速的装置，包括：两个悬臂梁、两个应变片和转速计算控制器；

两个悬臂梁对称固定于转轴的径向两侧表面；两个悬臂梁在转轴旋转时产生微形变；

两个应变片分别粘贴于两个悬臂梁的悬空臂表面；两个应变片根据微形变产生电阻信号；

转速计算控制器与两个应变片相连；转速计算控制器根据电阻信号计算转轴转速。

可选的，两个应变片与若干固定电阻构成信号测量电路，信号测量电路与转速计算控制器连接。

可选的，转速计算控制器包括信号调理单元、微控制单元以及信号输出单元；

测量电路与信号调理单元连接；测量电路用于测量电压信号；

信号调理单元与微控制单元连接；信号调理单元用于对电压信号进行调理；

微控制单元与信号输出单元连接；微控制单元用于根据电压信号计算转轴的转速；信号输出单元用于将微控制单元计算的转轴的转速输出至外部智能设备。

可选的，两个悬臂梁对称固定于转轴的径向两侧表面的固定方式包括焊接、铆接或螺丝固定。

可选的，转速计算控制器固定于转轴的表面，转速计算控制器的固定方式包括粘贴、绑带、或螺丝固定。

可选的，信号测量电路包括：三个固定电阻和两个应变片电阻；

第一固定电阻的一端连接第一应变片电阻的一端；

第一应变片电阻的另一端连接第二应变片电阻的一端；

第二应变片电阻的另一端连接第三固定电阻的一端；

第三固定电阻的另一端连接第二固定电阻的一端；

第二固定电阻的另一端连接第一固定电阻的另一端；

第一固定电阻和第一应变片电阻之间为励磁电压输入端；

第三固定电阻和第二固定电阻之间为励磁电压输出端；

第一固定电阻和第二固定电阻之间为第一电压信号测量端；

第三固定电阻和第二应变片电阻之间为第二电压信号测量端；

励磁电压输入端、励磁电压输出端、第一电压信号测量端和第二电压信号测量端分别与信号调理单元连接。

本发明还提供一种利用离心力测量转速的方法，包括：

采集在转轴表面对称设置的两个应变片的电阻信号对应的电压信号；

利用标定好的转速计算控制器根据电压信号与转轴转速之间的关系计算转轴转速。

可选的，转速控制器的标定方法包括：

建立需要测量的电压信号与励磁电压信号和应变片电阻之间的函数关系表达式；

分别确定转轴不旋转以及转轴转速已知时的电压信号；

根据转轴不旋转以及转轴转速已知时的电压信号确定转轴转速与电压信号之间的函数关系表达式。

可选的，需要测量的电压信号与励磁电压信号和应变片电阻之间的函数关系表达式如下：

其中，Vs表示励磁电压，R1、R2、R3分别表示固定电阻，R4表示第一应变片电阻，R5表示第二应变片电阻，Ve表示需要测量的电压信号。

可选的，转轴转速与电压信号之间的函数关系表达式如下：

其中，S表示转轴转速，K表示固定常数，V表示需要测量的电压信号，V₀表示转轴不旋转时的电压信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种利用离心力测量转速的方法及装置，其中装置包括两个悬臂梁、两个应变片和转速计算控制器。两个悬臂梁对称固定于转轴的径向两侧表面，在转轴旋转时，两个悬臂梁会产生微形变。两个应变片分别粘贴于两个悬臂梁的悬空臂表面，两个应变片根据悬臂梁的微形变产生电阻信号。转速计算控制器与两个应变片相连，所述转速计算控制器根据两个应变片产生的电阻信号计算转轴转速。由于两个悬臂梁对称设置在转轴的径向两侧表面，使得转轴在任意角度位置时，两个悬臂梁上的应变片受到重力的影响都是相反的。这样会抵消重力对采集信号的影响，提高装置的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1公开的一种利用离心力测量转速的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1公开的转速计算控制器的电路连接模块示意图。

符号说明：1-转轴、2,4-应变片、3,5-悬臂梁、6,7-悬空臂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种利用离心力测量转速的方法及装置，用以解决传统机械式仪表在测量非竖直放置的转轴转速时会受到重力的影响导致测量结果精确度低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

传统利用离心力测量转轴1转速的机械式仪表会受到重力的影响导致测量结果精度偏低。为此，本实施例提供一种新的利用离心力测量转速的装置。如图1所示，该装置包括：两个悬臂梁3、5、两个应变片2、4和转速计算控制器。

其中，两个悬臂梁3、5对称固定于转轴1的径向两侧表面；两个悬臂梁3、5在转轴1旋转时产生微形变；两个应变片2、4分别粘贴于两个悬臂梁3、5的悬空臂6、7表面；两个应变片2、4根据微形变产生电阻信号；转速计算控制器与两个应变片2、4相连；转速计算控制器根据电阻信号计算转轴1转速。

本实施例提供的利用离心力测量转速的装置依然会受到重力的影响，但是由于两个悬臂梁3、5对称固定于转轴1的径向两侧表面，两个应变片2、4分别粘贴于两个悬臂梁3、5的悬空臂表面，使得重力对两个应变片2、4的影响在数值上是相等的，在方向上是相反的。由于重力对两个应变片2、4的影响在数值上相等，在方向上相反，会抵消重力对本实施例所提供的利用离心力测量转速的装置的影响，提高装置的对采集信号的测量精度，进而提高装置最终计算结果的精度。

在现场应用时，可通过焊接、铆接或螺丝固定等固定方式将两个悬臂梁3、5对称固定于转轴1的径向两侧表面，当然还可以是其他固定方式，但只要将两个悬臂梁3、5对称固定于转轴1的径向两侧表面的固定方式都在本发明的保护范围内。

在具体的应变片电阻信号采集方面，本实施例提供一种可选的实施方式：两个应变片2、4与若干固定电阻构成信号测量电路，信号测量电路与转速计算控制器连接。

优选的，信号测量电路的具体结构如图2所示：信号测量电路包括三个固定电阻R1、R2和R3以及两个应变片电阻R4和R5。

其中，第一固定电阻R1的一端连接第一应变片电阻R4的一端；第一应变片电阻R4的另一端连接第二应变片电阻R5的一端；第二应变片电阻R5的另一端连接第三固定电阻R3的一端；第三固定电阻R3的另一端连接第二固定电阻R2的一端；第二固定电阻R2的另一端连接第一固定电阻R1的另一端；第一固定电阻R1和第一应变片电阻R4之间为励磁电压输入端E+；第三固定电阻R3和第二固定电阻R2之间为励磁电压输出端E-；第一固定电阻R1和第二固定电阻R2之间为第一电压信号测量端S+；第三固定电阻R3和第二应变片电阻R5之间为第二电压信号测量端S-；励磁电压输入端E+、励磁电压输出端E-、第一电压信号测量端S+和第二电压信号测量端S-分别与信号调理单元连接。

需要说明的是由三个固定电阻和两个应变片电阻组成的信号测量电路只是本实施例公开的一种优选的实施方式，本领域技术人员也可以选用其他形式的信号测量电路，例如，只提供一个固定电阻与两个应变片电阻并联或串联，为该电路提供固定电压，采集该电路最终输出的电流信号大小。因此，本发明对信号测量电路的具体结构不做具体限定。

转速计算控制器根据信号测量电路采集的信号计算转轴1转速，作为一种可选的实施方式，转速计算控制器包括信号调理单元、微控制单元以及信号输出单元。

其中，测量电路与信号调理单元连接；测量电路用于测量电压信号；信号调理单元与微控制单元连接；信号调理单元用于对电压信号进行调理；微控制单元与信号输出单元连接；微控制单元用于根据电压信号计算转轴1的转速；信号输出单元用于将微控制单元计算的转轴1的转速输出至外部智能设备。

在现场应用时，可通过粘贴、绑带、或螺丝固定等固定方式将转速计算控制器固定于转轴1的表面。

需要说明的是，转速计算控制器与信号测量电路是相互匹配的。而信号测量电路不仅可用于测量电压信号，还可以测量电流、电阻等其他信号，因此，信号调理单元还可以对电流、电阻信号进行调理；微控制单元还可根据电流、电阻信号计算转轴1转速。不应视为上述可选的实施方式是对本发明的具体限定，只要能够实现上述功能的实施方式都在本发明的保护范围之内。

实施例2

本实施例提供一种与实施例1所提供的利用离心力测量转速的装置相对应的利用离心力测量转速的方法，其具体步骤包括：

S1：采集在转轴1表面对称设置的两个应变片2、4的电阻信号对应的电压信号；

S2：利用标定好的转速计算控制器根据电压信号与转轴1转速之间的关系计算转轴1转速。

可选的，转速控制器的标定方法包括：

S21：建立需要测量的电压信号与励磁电压信号和应变片电阻之间的函数关系表达式。其中，需要测量的电压信号与励磁电压信号和应变片电阻之间的函数关系表达式如下：

其中，Vs表示励磁电压，R1、R2、R3分别表示固定电阻，R4表示第一应变片电阻，R5表示第二应变片电阻，Ve表示需要测量的电压信号。

S22：分别确定转轴1不旋转以及转轴1转速已知时的电压信号。

设转轴1不转动，其转速S₀为0时，Vs的电压值为V₀；当转速到达已知转速S₁时(其他测量手段获得，用于标定设备)的电压信号为V₁，假设K为一固定常数，那么

此时可求得：

S23：根据转轴1不旋转以及转轴1转速已知时的电压信号确定转轴1转速与电压信号之间的函数关系表达式。其中，转轴1转速与电压信号之间的函数关系表达式如下：

其中，S表示转轴1转速，K表示固定常数，V表示需要测量的电压信号，V₀表示转轴1不旋转时的电压信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种利用离心力测量转速的装置，其特征在于，包括：两个悬臂梁、两个应变片和转速计算控制器；

所述两个悬臂梁对称固定于转轴的径向两侧表面；所述两个悬臂梁在转轴旋转时产生微形变，所述转轴为非竖直放置；

所述两个应变片分别粘贴于所述两个悬臂梁的悬空臂表面，使得转轴在任意角度位置时，两个悬臂梁上的应变片受到重力的影响都是相反的；所述两个应变片根据所述微形变产生电阻信号；

所述转速计算控制器与所述两个应变片相连；所述转速计算控制器根据所述电阻信号计算转轴转速。

2.根据权利要求1所述的一种利用离心力测量转速的装置，其特征在于：

两个所述应变片与若干固定电阻构成信号测量电路，所述信号测量电路与所述转速计算控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种利用离心力测量转速的装置，其特征在于：

所述转速计算控制器包括信号调理单元、微控制单元以及信号输出单元；

所述测量电路与所述信号调理单元连接；所述测量电路用于测量电压信号；

所述信号调理单元与所述微控制单元连接；所述信号调理单元用于对所述电压信号进行调理；

所述微控制单元与所述信号输出单元连接；所述微控制单元用于根据所述电压信号计算转轴的转速；所述信号输出单元用于将微控制单元计算的转轴的转速输出至外部智能设备。

4.根据权利要求1所述的一种利用离心力测量转速的装置，其特征在于：所述两个悬臂梁对称固定于转轴的径向两侧表面的固定方式包括焊接、铆接或螺丝固定。

5.根据权利要求1所述的一种利用离心力测量转速的装置，其特征在于：所述转速计算控制器固定于所述转轴的表面，所述转速计算控制器的固定方式包括粘贴、绑带、或螺丝固定。

6.根据权利要求2所述的一种利用离心力测量转速的装置，其特征在于，所述信号测量电路包括：三个固定电阻和两个应变片电阻；

第一固定电阻的一端连接第一应变片电阻的一端；

所述第一应变片电阻的另一端连接第二应变片电阻的一端；

所述第二应变片电阻的另一端连接第三固定电阻的一端；

所述第三固定电阻的另一端连接第二固定电阻的一端；

所述第二固定电阻的另一端连接所述第一固定电阻的另一端；

所述第一固定电阻和所述第一应变片电阻之间为励磁电压输入端；

所述第三固定电阻和所述第二固定电阻之间为励磁电压输出端；

所述第一固定电阻和所述第二固定电阻之间为第一电压信号测量端；

所述第三固定电阻和所述第二应变片电阻之间为第二电压信号测量端；

所述励磁电压输入端、励磁电压输出端、第一电压信号测量端和第二电压信号测量端分别与信号调理单元连接。

7.一种利用离心力测量转速的方法，所述方法采用权利要求6所述一种利用离心力测量转速的装置，其特征在于，包括：

采集在转轴表面对称设置的两个应变片的电阻信号对应的电压信号；

利用标定好的转速计算控制器根据所述电压信号与转轴转速之间的关系计算转轴转速。

8.根据权利要求7所述的一种利用离心力测量转速的方法，其特征在于，所述转速计算控制器的标定方法包括：

建立需要测量的电压信号与励磁电压信号和应变片电阻之间的函数关系表达式；

分别确定转轴不旋转以及转轴转速已知时的所述电压信号；

根据所述转轴不旋转以及转轴转速已知时的所述电压信号确定转轴转速与所述电压信号之间的函数关系表达式。

9.根据权利要求8所述的一种利用离心力测量转速的方法，其特征在于，

所述需要测量的电压信号与励磁电压信号和应变片电阻之间的函数关系表达式如下：

；

其中，Vs表示励磁电压，R1、R2、R3分别表示固定电阻，R4表示第一应变片电阻，R5表示第二应变片电阻，Ve表示需要测量的电压信号。

10.根据权利要求8所述的一种利用离心力测量转速的方法，其特征在于，

所述转轴转速与所述电压信号之间的函数关系表达式如下：

；

其中，S表示转轴转速，K表示固定常数，V表示需要测量的电压信号，V₀表示转轴不旋转时的电压信号。