CN116047105B - 一种转速键相基准获取方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种转速键相基准获取方法，属于高速旋转叶片振动非接触测量的领域，具体包括：在发动机主轴上同轴设置主动齿轮，设置与主动齿轮啮合的从动齿轮，从动齿轮通过从动轴安装，从轮齿轮固定在从动轴上，从动轴上固定与从动齿轮同轴的音轮；获取音轮的脉冲信号；对音轮的脉冲信号进行分频处理获取与发动机转轴转速对应的一转一个脉冲的转速键相基准信号。通过本申请的处理方案，在发动机内部安装空间较大、改装比较简单的位置设计转速基准实现方法，实现了整数倍和非整数倍传动比条件下非接触振动测试用转速键相基准实现方法，为实现转子叶片振动高精度测试与分析奠定坚实的技术基础。

Description

一种转速键相基准获取方法

技术领域

本申请涉及高速旋转叶片振动非接触测量的领域，尤其是涉及一种转速键相基准获取方法。

背景技术

基于叶尖定时的非接触式振动测试技术已经成为当代叶片振动测试领域研究的发展方向，该方法对流道内的流动特性影响小，测量精度高，缩短了测量周期，降低了测量成本，是一种比较理想的测量方法。该方法已经应用我国多个型号发动机、整机、核心机、压气机以及风扇叶片的振动监测中，取得了较好的效果。转速键相基准是基于叶尖定时的非接触振动测试技术的关键。转速键相基准实现通常采用专门安装传感器测试转速键相基准的方法，主要为：在转子转轴上喷漆或者开键槽，并在转轴标记附近安装一支转速传感器，固定于机匣或者静子件上。在发动机转子旋转过程中，当转轴上的标记经过转速传感器时，会输出一个电压信号，就是转速、键相基准同步信号。

转速键相基准同步基准信号的作用有三点，一是可以实现发动机转速测试，为数据分析提供转速参考；二是可以确定到达每个传感器监测叶片的序号，可以与发动机叶片实际安装位置进行比对，确定监测叶片序号与实际安装叶片位置的关系；三是是系统测试的时间基准，确定无振动叶片到达某一叶尖定时传感器的理论时间，再根据叶尖定时信号实际到达时间计算叶片振动位移。

叶尖定时技术应用在发动机整机、核心机以及压气机转子叶片振动测试过程中，转轴位置经常出现由于结构不允许导致无法在转轴对应位置安装转速传感器实现转速键相基准同步信号的情况，且经过大量改装安装了转速传感器后，运行过程中，失效的风险较大，一旦转速传感器失效，系统将无法监测叶片振动，严重影响叶尖定时技术测试转子叶片振动的精度，限制了叶尖定时法的工程应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种转速键相基准获取方法，解决了现有技术中的问题，实现非接触振动测试系统用一转一个脉冲的转速基准获取的同时降低安装转速传感器实现转速键相基准同步信号过程中的风险。

本申请提供的一种转速键相基准获取方法采用如下的技术方案：

一种转速键相基准获取方法，包括：

在发动机主轴上同轴设置主动齿轮，设置与主动齿轮啮合的从动齿轮，从动齿轮通过从动轴安装，从轮齿轮固定在从动轴上，从动轴上固定与从动齿轮同轴的音轮；

获取音轮的脉冲信号；

对音轮的脉冲信号进行分频处理获取与发动机转轴转速对应的一转一个脉冲的转速键相基准信号。

可选的，分频处理包括：键相基准信号等于音轮的脉冲频率除以分频数，分频数等于音轮齿数乘以发动机主轴和从动轴的传动比：分频数=M×（m₂/m₁），其中，M为音轮齿数，m₁为从动齿轮的齿数，m₂为主动齿轮的齿数。

可选的，实时获取音轮的脉冲信号；

通过时钟计数器提供时钟信号，对脉冲信号的频率进行实时测量，通过第一计数器对音轮的相邻两个脉冲信号之间时钟信号数目进行计数，通过第二计数器对脉冲信号进行计数；

检测脉冲信号是否有电平上升沿跳变，当检测到电平上升沿跳变时，第一计数器开始计数时钟信号上升沿，第二计数器计数值加一，对于检测到的第一个上升沿跳变，产生一个与脉冲信号上升沿对齐的脉冲作为输出信号；

当再次检测到脉冲信号上升沿跳变时，记录第一计数器计数值，并清零第一计数器，第二计数器计数值加一；

利用时钟信号的频率除以第一计数器计数值，得到当前时刻脉冲信号频率

；

判断第二计数器计数值是否等于M·m₂，若第二计数器计数值不等于M·m₂，根据

，计算理论输出信号频率/>

，利用时钟信号频率除以理论输出信号频率，得到输出信号上升沿之间理论的时钟信号数目，根据第一计数器的计数值，在前一个输出信号的上升沿跳变计数值的基础上，产生新的输出信号，当第二计数器计数值与M·m₂相等时，清零第二计数器，并立即输出信号，实现输入输出信号脉冲上升沿的对齐。

可选的，通过磁电式转速传感器和动态测试系统转速测试通道获取音轮的脉冲信号，磁电式转速传感器安装在支架上，保持与音轮齿尖垂直对中，动态测试系统转速测试通道接收磁电式转速传感器输出的磁电信号，生成数字电压信号作为音轮的脉冲信号，脉冲重复频率为测试转速乘以音轮齿数。

可选的，通过转速键相基准获取模块进行分频处理，转速键相基准获取模接收动态测试系统转速测试通道输出的数字电压信号，转速键相基准获取模块内部设有所述时钟计数器、第一计数器和第二计数器，转速键相基准获取模块对音轮实时的脉冲信号进行分频处理输出脉冲信号，转速键相基准获取模块输出脉冲信号的脉冲重复频率为发动机转速。

可选的，所述磁电式转速传感器的头部与音轮齿顶的距离保持在1.5～2.5mm之间。

可选的，所述的音轮齿数范围为1-100。

可选的，所述磁电式转速传感器为无源型双路型，输出信号一路给发动机台架进行转速控制，一路用于转速键相基准。

综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

发动机试验过程中，必须对发动机转速进行测试，实现发动机控制与性能分析等。通常，转速传感器安装在空间较大的齿轮传动位置，巧妙的在齿轮传动位置设计音轮，然后通过齿轮传动后，将一转多个脉冲，且输出轴的转速比与发动机转速不成整数倍频的信号接入转速键相基准获取模块后接入非接触振动测试系统转速测试通道，实现非接触振动测试系统用一转一个脉冲的转速基准获取。实现了整数倍和非整数倍传动比条件下非接触振动测试用转速键相基准实现方法，为实现发动机整机和核心机转子叶片非接触振动测试奠定坚实的技术基础。本申请在发动机内部安装空间较大、改装比较简单的位置设计了转速基准实现方法。具体的，巧妙的在齿轮传动位置设计音轮，通过磁电式转速传感器测试发动机转速，使转速传感器可以正常的进行安装，减少由于安装空间限制需要对传感器的改装，降低传感器失效的风险，提高叶尖定时技术测试转子叶片振动的精度，减少对叶尖定时法工程应用的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请音轮安装位置的结构示意图；

图2为本申请分频处理的流程示意图；

图3为本申请获取音轮脉冲信号和转速键相基准获取模块的结构示意图。

附图标记说明：1、发动机主轴；2、主动齿轮；3、从动轴；4、从动齿轮；41、音轮；5、磁电式转速传感器；6、动态测试系统转速测试通道；7、转速键相基准获取模块；8、非接触振动测试系统转速基准测试通道。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请实施例提供一种转速键相基准获取方法。

如图1和图2所示，一种转速键相基准获取方法，包括：

在发动机主轴1上同轴设置主动齿轮2，设置与主动齿轮2啮合的从动齿轮4，从动齿轮4通过从动轴3安装，从轮齿轮4固定在从动轴3上，从动轴3上固定与从动齿轮4同轴的音轮41，发动机主轴1转动带动主动齿轮2转动，主动齿轮2带动从动齿轮4转动，从动齿轮4带动从动轴3和音轮41转动。

获取音轮的脉冲信号。

对音轮的脉冲信号进行分频处理获取与发动机转轴转速对应的一转一个脉冲的转速键相基准信号。

在一个实施例中，分频处理包括：键相基准信号等于音轮的脉冲频率除以分频数，分频数等于音轮齿数乘以发动机主轴和从动轴的传动比：分频数=M×（m₂/m₁），其中，M为音轮齿数，m₁为从动齿轮的齿数，m₂为主动齿轮的齿数。

其中，所述发动机为航空发动机、燃气轮机、汽轮机等大型旋转机械，所述的音轮齿数范围为1-100。发动机齿轮传输系统齿轮对数为1-100，发动机主轴和从动轴的传动比为0-100之间的整数或分数。

如图3所示，在一个实施例中：

实时获取音轮的脉冲信号。

通过时钟计数器提供时钟信号，对脉冲信号的频率进行实时测量，通过第一计数器对音轮的相邻两个脉冲信号之间时钟信号数目进行计数，通过第二计数器对脉冲信号进行计数。

检测脉冲信号是否有电平上升沿跳变，当检测到电平上升沿跳变时，第一计数器开始计数时钟信号上升沿，第二计数器计数值加一，对于检测到的第一个上升沿跳变，产生一个与脉冲信号上升沿对齐的脉冲作为输出信号。

当再次检测到脉冲信号上升沿跳变时，记录第一计数器计数值，并清零第一计数器，第二计数器计数值加一。

利用时钟信号的频率除以第一计数器计数值，得到当前时刻脉冲信号频率

。

判断第二计数器计数值是否等于M·m₂，乘积（M·m₂）表示测试转速信号频率和转速键相基准信号频率的公倍数，若第二计数器计数值不等于M·m₂，根据

，计算理论输出信号频率/>

，利用时钟信号频率除以理论输出信号频率，得到输出信号上升沿之间理论的时钟信号数目，根据第一计数器的计数值，在前一个输出信号的上升沿跳变计数值的基础上，产生新的输出信号，当第二计数器计数值与M·m₂相等时，清零第二计数器，并立即输出信号，实现输入输出信号脉冲上升沿的对齐，从而消除时刻累积误差。

在一个实施例中，通过磁电式转速传感器5和动态测试系统转速测试通道6获取音轮41的脉冲信号，磁电式转速传感器5安装在支架上，保持与音轮41齿尖垂直对中，动态测试系统转速测试通道6接收磁电式转速传感器5输出的磁电信号，生成数字电压信号作为音轮的脉冲信号，脉冲重复频率为测试转速乘以音轮41齿数。所述磁电式转速传感器5为无源型双路型，输出信号一路给发动机台架进行转速控制，一路用于转速键相基准，除上述磁电式转速传感器外，亦可选择霍尔、电涡流、电容、光电、光纤式转速传感器。所述磁电式转速传感器的头部与音轮齿顶的距离保持在1.5～2.5mm之间。

通过转速键相基准获取模块7进行分频处理，转速键相基准获取模接收动态测试系统转速测试通道6输出的数字电压信号，转速键相基准获取模块7内部设有所述时钟计数器、第一计数器和第二计数器。转速键相基准获取模块7对音轮41实时的脉冲信号进行分频处理输出脉冲信号，转速键相基准获取模块7输出脉冲信号的脉冲重复频率为发动机转速。

如图3所示，在一个实施例中，所述转速键相基准获取模块通过设定音轮齿数、总传动比，计算获取分频数；利用模块内部的时钟计数器，实时测量该模块输入信号的频率；根据输入信号频率和分频数，实时更新该模块输出信号频率，该模块的运行流程包括：

S1 启动模块后，初始化并清零模块内部的第一计数器和第二计数器。第一计数器用于计数模块内的时钟信号数目，第二计数器用于计数输入信号数目；

S2 模块循环检测输入信号是否有电平上升沿跳变，当检测到电平上升沿跳变时，第一计数器开始计数模块内的时钟信号上升沿，第二计数器计数值加一；对于模块检测到的第一个上升沿跳变，产生一个与输入信号上升沿对齐的脉冲作为输出信号。

S3 当模块再次检测到输入信号上升沿跳变时，记录第一计数器计数值，并清零第一计数器；第二计数器计数值加一；

S4 利用时钟信号的频率除以第一计数器计数值，获取输入信号频率

；

S5 判断第二计数器计数值是否等于M·m₂，其中M为音轮齿数，m₂为齿轮传动系统在发动机传动轴上的齿数，乘积（M·m₂）表示测试转速信号频率和转速键相基准信号频率的公倍数；若不相等，执行S6，若相等，执行S7；

S6 当第二计数器计数值与M·m₂不相等时，根据

计算输出信号频率；利用时钟信号频率除以输出信号频率，得到输出脉冲信号上升沿之间理论的时钟信号数目；根据第一计数器的计数值，在前一个输出信号的上升沿跳变计数值的基础上，产生新的输出信号。

S7 当第二计数器计数值与M·m₂相等时，清零第二计数器，并立即输出脉冲信号，实现输入输出信号脉冲上升沿的对齐，从而消除时刻累积误差。

发动机试验过程中，必须对发动机转速进行测试，实现发动机控制与性能分析等。通常，转速传感器安装在空间较大的齿轮传动位置。巧妙的在齿轮传动位置设计音轮，通过磁电式转速传感器测试发动机转速，然后通过齿轮传动后，将一转多个脉冲，且输出轴的转速比与发动机转速不成整数倍频的信号接入转速键相基准获取模块，转速键相基准获取模块实时输出转速键相基准信号。所述转速键相基准信号是转子叶片非接触振动测量的时间基准，一转一个脉冲的转速键相基准信号接入非接触振动测试系统转速基准测试通道8中，非接触振动测试系统转速基准测试通道8用于接收转速键相基准信号，同时接收叶尖定时信号，实现叶片振动的非接触测试与分析。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种转速键相基准获取方法，其特征在于，包括：

在发动机主轴上同轴设置主动齿轮，设置与主动齿轮啮合的从动齿轮，从动齿轮通过从动轴安装，从轮齿轮固定在从动轴上，从动轴上固定与从动齿轮同轴的音轮；

获取音轮的脉冲信号；

对音轮的脉冲信号进行分频处理获取与发动机转轴转速对应的一转一个脉冲的转速键相基准信号，分频处理包括：键相基准信号等于音轮的脉冲频率除以分频数，分频数等于音轮齿数乘以发动机主轴和从动轴的传动比：分频数=M×（m₂/m₁），其中，M为音轮齿数，m₁为从动齿轮的齿数，m₂为主动齿轮的齿数；

实时获取音轮的脉冲信号；

通过时钟计数器提供时钟信号，对脉冲信号的频率进行实时测量，通过第一计数器对音轮的相邻两个脉冲信号之间时钟信号数目进行计数，通过第二计数器对脉冲信号进行计数；

检测脉冲信号是否有电平上升沿跳变，当检测到电平上升沿跳变时，第一计数器开始计数时钟信号上升沿，第二计数器计数值加一，对于检测到的第一个上升沿跳变，产生一个与脉冲信号上升沿对齐的脉冲作为输出信号；

当再次检测到脉冲信号上升沿跳变时，记录第一计数器计数值，并清零第一计数器，第二计数器计数值加一；

利用时钟信号的频率除以第一计数器计数值，得到当前时刻脉冲信号频率

；

判断第二计数器计数值是否等于M·m₂，若第二计数器计数值不等于M·m₂，根据

，计算理论输出信号频率/>

，利用时钟信号频率除以理论输出信号频率，得到输出信号上升沿之间理论的时钟信号数目，根据第一计数器的计数值，在前一个输出信号的上升沿跳变计数值的基础上，产生新的输出信号，当第二计数器计数值与M·m₂相等时，清零第二计数器，并立即输出信号，实现输入输出信号脉冲上升沿的对齐。

2.根据权利要求1所述的转速键相基准获取方法，其特征在于，通过磁电式转速传感器和动态测试系统转速测试通道获取音轮的脉冲信号，磁电式转速传感器安装在支架上，保持与音轮齿尖垂直对中，动态测试系统转速测试通道接收磁电式转速传感器输出的磁电信号，生成数字电压信号作为音轮的脉冲信号，脉冲重复频率为测试转速乘以音轮齿数。

3.根据权利要求2所述的转速键相基准获取方法，其特征在于，通过转速键相基准获取模块进行分频处理，转速键相基准获取模接收动态测试系统转速测试通道输出的数字电压信号，转速键相基准获取模块内部设有所述时钟计数器、第一计数器和第二计数器，转速键相基准获取模块对音轮实时的脉冲信号进行分频处理输出脉冲信号，转速键相基准获取模块输出脉冲信号的脉冲重复频率为发动机转速。

4.根据权利要求2所述的转速键相基准获取方法，其特征在于，所述磁电式转速传感器的头部与音轮齿顶的距离保持在1.5～2.5mm之间。

5.根据权利要求1所述的转速键相基准获取方法，其特征在于，所述音轮的齿数范围为1-100。

6.根据权利要求2所述的转速键相基准获取方法，其特征在于，所述磁电式转速传感器为无源型双路型，输出信号一路给发动机台架进行转速控制，一路用于转速键相基准。

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