CN116929635A - 一种基于高精度时钟采样的转子动平衡检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高精度时钟采样的转子动平衡检测方法，属于利用转速传感器、振动传感器进行转子动平衡测量技术领域。技术方案：利用转速传感器、振动传感器分别测量转子转速及振动，生成转速脉冲信号及振动信号，计算机控制时钟采样信号与转速脉冲信号具有相同频率标称值且带小频差的关系，两信号间的高分辨率稳定渐变相位差形成振动信号的采样闸门，克服了±1个脉冲的计数误差，时钟采样信号通过模/数转换器对振动信号采样，在振动信号采样周期内相位变化、幅值变化信息被完整采样。本发明可以有很宽的动平衡测量范围几十Hz到几千Hz，对变化的振动信号可以进行高精度动平衡测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于高精度时钟采样的转子动平衡检测方法，利用时钟采样信号与转速脉冲信号间相位差的高分辨率稳定渐变关系，形成高精度的消除±1个脉冲误差的采样闸门，此采样闸门内经过模数转换后的振动信号的数字化幅值呈现完整的高分辨率渐变特性，利用此特性求取高精度的振动信号峰值及其相位，属于利用转速传感器、振动传感器进行转子动平衡测量技术领域。
背景技术
动平衡检测是高端制造中不可或缺的装备，在汽车、机器人、航空航天等领域发挥着重要作用，国家对智能制造产业扶持力度越来越大，进而对动平衡检测提出了数字化、信息化的需求，因此本发明提出了新的动平衡检测数字化方法，建立了数字化采样值与采样频率控制的稳定关系。
动平衡基本原理为支承系统受到转子不平衡离心力的激励，进而产生与转子不平衡量成正比的振动，因此通过测量支承处的振动而获得转子校正面上不平衡量的幅值与相位，最后校正转子质量使转子重新恢复平衡，此过程即为转子动平衡。
进行动平衡校正的前提是通过有效的测量方法准确提取不平衡量的幅值与相位。校正补偿质量的大小与位置要根据不平衡量信息来计算确定，所以准确获取不平衡测量信息对于动平衡过程至关重要。
转子由于质量分布不均引起的不平衡振动具有以下特征：
(1)引起的振动频率与转速相等；
(2)振动信号是一个比较规则的正弦波。
在获取不平衡量时，需要同时用振动传感器和转速传感器在校正平面处测量不平衡振动与相位。振动传感器获取不平衡振动幅值的大小，表示不平衡量的大小；在转子侧边粘贴条形反光标签，转子每转一周，转速传感器接收反射光而输出一个脉冲信号，转速传感器将转动时所贴标签作为不平衡振动初始相位，以获取不平衡最大幅值的相位，表示不平衡量的位置。
常用动平衡测量的频域提取法，在采样时间内计量转速脉冲个数得转速，由于一般计数器存在±1个脉冲计数误差，进而影响转速测量的精度，频域提取法需要求取振动信号频谱与转速信号相同频率的谱线以获得此谱线的幅值和相位信息，所以动平衡测量中的频域提取法精度受到影响。动平衡测量的时域提取法和频域提取法常用模数转化器采样振动信号，而模数转换器在提高量化位数时，采样率相应降低，并且常用的时域提取法没有充分利用转速脉冲信号、时钟采样信号及振动信号间的稳定相位变化特性，使得转速脉冲计数、振动幅值采样及振动峰值对应的相位测量为独立测量过程，导致测量误差叠加，大大降低时域提取精度。
发明内容
本发明目的是提供一种基于高精度时钟采样的转子动平衡检测方法，控制时钟采样信号与转速脉冲信号具有相同频率标称值且带小频差的关系，此时可精准确定采样开始和结束闸门，以此大大消除±1个脉冲的计数误差，使得在采样闸门内的振动信号为高精度整周期信号，并且每经过一个振动周期，采样时钟信号和振动信号就会产生一个高分辨的稳定相位差及其相对应的幅值变化量。本发明测量精度高，电路结构简单、易于实现，解决背景技术中存在的因±1个脉冲计数误差、振动幅值采样误差与振动峰值对应的相位测量误差形成的叠加误差而导致转子动平衡测量精度不高的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于高精度时钟采样的转子动平衡检测方法，包含如下步骤：
①利用转速传感器、振动传感器分别测量转子转速及振动，生成转速脉冲信号及振动信号。
②利用计算机控制频率变换器，生成可控的时钟采样信号，使得转速脉冲信号和时钟采样信号间具有相同频率标称值且有微小频率偏差。
③利用转速脉冲信号和时钟采样信号之间的高分辨率稳定渐变相位差形成振动信号的采样闸门。
本发明的转子动平衡检测系统中，针对的是测量过程中使得转速脉冲信号和时钟采样信号间具有相同频率标称值且有微小频率偏差，这种情况下，两脉冲信号间的相位差是稳定周期性变化的，而且通过计算机改变微小频率偏差值，可精准控制这种稳定变化的相位差值和振动信号采样闸门长度。
简单举例，如图1所示，以转速脉冲信号和时钟采样信号的上升沿为相位差的比较时刻，假设a0、b0相位重合即相位差为0，此时为初始时刻，两信号间的相位差依次为0，(a1-b1)，(a2-b2)，(a3-b3)，(a4-b4)，b5，经过振动信号采样周期后，两信号的相位再次重合，相位差变化又是0，(a1-b1)，(a2-b2)，(a3-b3)，(a4-b4)，b5。如转速脉冲信号的频率值为1001Hz时，计算机控制时钟采样信号的频率值为1000Hz，转速脉冲信号的周期为时钟脉冲信号的周期为/>两信号相位重合为初始时刻，每经过一个转速脉冲信号的周期/>便进行一次相位比较，相位差依次为/> 相位差以/>为单位渐变时间变化，在振动信号采样周期内，转速脉冲信号有1001个整周期，时钟脉冲信号有1000个整周期，因为振动信号与转速同频，上述分析也适用于振动信号与转速脉冲信号间的相位差变化，振动信号也有1001个整周期。
利用这种稳定周期性变化的相位差构成采样闸门开关，克服了±1个脉冲的计数误差，时钟脉冲信号、转速脉冲信号和振动信号为整周期。
④利用时钟采样信号通过模/数转换器对振动信号进行相位差渐变式的数字化采样。
时钟采样信号和振动信号每经过一个振动信号周期时间，会产生Δt时间的相位差变化，相对应的两个采样点变化为Δu的幅值量，初始相位经过若干个Δt时间后达到振动峰值所对应相位，同理经过其它若干个Δt时间后达到其它振动幅值所对应相位，如图1中的c0，c1，c2，c3，c4所示，因此时钟采样信号通过模/数转换器对振动信号采样，在振动信号采样周期内相位变化、幅值变化信息被完整采样，如图1所示，转速脉冲信号上升沿的b0，b1，b2，b3，b4，b5点对应每个单周期振动信号的初始相位，振动峰值点及其所对应相位都以振动信号数字化值存储到计算机中，以获取不平衡最大幅值的相位。
⑤利用采样到的振动信号数字化值还原单周期振动信号波形，进而求得初始相位与振动峰值点所对应相位的相位差，即不平衡最大幅值的相位。
本发明的主要创新点是：利用转速脉冲信号和时钟采样信号之间的高分辨率稳定渐变相位差形成振动信号的采样闸门，然后利用采样到的振动信号数字化值还原单周期振动信号波形，进而求得初始相位与振动峰值点所对应相位的相位差，即不平衡最大幅值的相位，本发明可以有很宽的动平衡测量范围几十Hz到几千Hz，对变化的振动信号可以进行高精度动平衡测量。
本发明的积极效果是：仪器结构简单、易于实现，利用转速脉冲信号和时钟采样信号之间的相同频率标称值且有微小频率偏差关系产生稳定周期性变化的相位差，此相位差构成采样闸门开关，克服了±1个脉冲的计数误差，时钟脉冲信号、转速脉冲信号和振动信号为整周期，时钟采样信号通过模/数转换器对振动信号采样，在振动信号采样周期内相位变化、幅值变化信息被完整采样。
附图说明
图1是本发明的振动信号整周期采样示意图；
图2是本发明的动平衡检测系统框图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明
如图2所示：
在此动平衡测量系统中，由计算机控制频率变换器生成时钟采样信号，相位差检测器检测时钟采样信号和转速脉冲信号间的相位差，利用相同的相位差构成采样闸门控制信号，在采样闸门内模/数转换器对振动信号采样，进而生成振动信号数字化值，此数字化值存储到计算机中，计算机利用这些被采样值对振动信号进行单周期数字化还原，最后通过还原的数字化振动信号求取初始相位与振动峰值相位间的相位差。
在动平衡检测期间，由于转速脉冲信号和时钟采样信号之间具有相同频率标称值且有微小频率偏差关系，两信号间产生稳定周期性变化的相位差，此相位差构成采样闸门开关，在振动信号采样周期内相位变化、幅值变化信息被完整采样，进而提高了测量分辨率。
经过本发明利用转速脉冲信号与时钟采样信号间的高分辨率稳定渐变相位差形成振动信号的采样闸门，在此采样闸门内时钟采样信号与转速脉冲信号及振动信号具有整数同步关系，大大消除±1个脉冲的计数误差，由此进行的动平衡测量精度也更高，而且本发明有很宽的测量范围。
Claims (1)
1.一种基于高精度时钟采样的转子动平衡检测方法：
①利用计算机控制频率变换器，生成可控的时钟采样信号，使得转速脉冲信号和时钟采样信号间具有相同频率标称值且有微小频率偏差；
②利用转速脉冲信号和时钟采样信号之间的高分辨率稳定渐变相位差形成振动信号的采样闸门；
③利用时钟采样信号通过模/数转换器对振动信号进行相位差渐变式的数字化采样；
④利用采样到的振动信号数字化值还原单周期振动信号波形，进而求得初始相位与振动峰值点所对应相位的相位差，即不平衡最大幅值的相位。
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| CN115932390A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-04-07 | 中电科蓝天科技股份有限公司 | 一种电池脉冲充电的高精度数字化测量方法及测量系统 |
| CN116299566A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-06-23 | 南京师范大学 | 一种基于相位累加器的授时型接收机高精度频率同步方法 |
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