CN205642604U - 动力装置旋转轴扭振测量系统 - Google Patents

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钱仁军
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资新运
何健
张英锋
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杨钢
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本实用新型涉及一种旋转轴的测量，进一步涉及一种动力装置旋转轴扭振测量系统。该扭振测量系统包括：分别与旋转轴两端相连的动力装置和负载；旋转轴表面所喷涂的人工散斑图案；采集人工散斑图案所用的相机；与相机相连的主机和频率信号发生器；位于相机附近的一对条形LED光源；与条形光源相连的光源控制器。本实用新型公开的一种非接触式动力装置旋转轴扭振测量系统，测量系统无需拆开被测轴的安装结构，无需对轴进行改装，结构简单，安装方便，成本较低，有较高精度，能够完成对动力机械轴扭振状态的实时监测。

Description

动力装置旋转轴扭振测量系统
技术领域：
本实用新型涉及一种旋转轴的测量，进一步涉及一种动力装置旋转轴扭振测量系统。
背景技术：
旋转轴的扭转振动性能直接影响旋转机械的安全性和可靠性，特别是电力工业和内燃机工业，轴系扭振的检测与预防具有重大的意义。随着轴系扭振测量的不断深入研究，非接触测量成为扭振测量的发展趋势。现有的非接触测量主要有测齿法和激光多普勒法。测齿法是利用安装在轴上齿轮的等分结构，由磁电式、涡流式或光电式非接触传感器，测量扭振引起的不均匀脉冲信号，其需要在轴上安装齿轮，工作量较大，且动态响应性不好，测量精度不高；激光多普勒法是利用激光多普勒频移测量轴转速差，通过控制时间间隔在较小值，求出角加速度，其测量系统复杂，成本较高。因此，需要一种安装简便、成本低廉、精度较高的非接触扭振测量系统。
发明内容：
本实用新型的目的在于提供一种动力装置旋转轴扭振测量系统，该系统是非接触式的，对环境要求低，方便安装，精度较高。为达到上述目的，本实用新型采用技术方案如下：
该扭振测量系统包括：分别与旋转轴6两端相连的动力装置8和负载9；旋转轴6表面所喷涂的人工散斑图案7；采集人工散斑图案所用的相机3；与相机相连的主机1和频率信号发生器2；位于相机3附近的一对条形LED光源4；与条形光源相连的光源控制器5。
所述的人工散斑图案是一种随机散斑场，可起到人工标识作用，其通过打磨、擦拭轴面，并反复、间隔喷涂白色和黑色玻璃钢珠漆，所形成随机分布的离散斑点，即人工散斑图案。
所述的光源控制器5通过调节条形LED光源4的电压来实现对光源亮度的控制。
所述相机，对散斑场的高速连续采集，是通过外部频率信号发生器2进行触发，实现采集频率的精确控制。
所述主机包括图像存储模块和数据处理模块，实现对所采集散斑图像的快速存储和轴角速度增量的计算。
本实用新型相对于现有技术，具有如下优点：本实用新型公开的一种非接触式动力装置旋转轴扭振测量系统，测量系统无需拆开被测轴的安装结构，无需对轴进行改装，结构简单，安装方便，成本较低，有较高精度，能够完成对动力机械轴扭振状态的实时监测。
附图说明：
图1是本实用新型实施例中测量系统的结构示意图。图中，1代表主机，2代表频率信号发生器，3代表相机，4代表条形LED光源，5代表光源控制器，6代表旋转轴，7代表人工散斑图案，8代表动力装置，9代表负载。
图2是本实用新型实施例中测量系统中所采集散斑图像与标定图集进行分别匹配并找到所匹配的标定图像的过程示意图。图中，A是所采集散斑图像，S是标定图像。
图3是本实用新型实施例中测量系统中所采集散斑图像与所匹配标定图像中心点像素位移示意图。图中，A是所采集散斑图像，S是标定图像，u是中心点像素位移。
具体实施方式：
实施例：
结合附图1-3，详细描述本实用新型的实施方案如下：
该扭振测量系统包括：分别与旋转轴6两端相连的动力装置8和负载9；旋转轴6表面所喷涂的人工散斑图案7；采集人工散斑图案所用的相机3；与相机相连的主机1和频率信号发生器2；位于相机3附近的一对条形LED光源4；与条形光源相连的光源控制器5。
所述的人工散斑图案是一种随机散斑场，可起到人工标识作用，其通过打磨、擦拭轴面，并反复、间隔喷涂白色和黑色玻璃钢珠漆，所形成随机分布的离散斑点，即人工散斑图案。
所述的光源控制器通过调节条形LED光源4的电压来实现对光源亮度的控制。
所述相机为工业相机，对散斑场的高速连续采集，是通过外部频率信号发生器2进行触发，实现采集频率的精确控制。
所述主机为工业计算机，包括图像存储模块和数据处理模块，实现对所采集散斑图像的快速存储和轴角速度增量的计算。
当该测量系统安装完毕，打开工业相机3，通过光源控制器5，调节条形LED光源4的电压，实现对光源亮度的控制，要求所采集拍摄的人工散斑图像清晰准确，无阴暗模糊现象。
在旋转轴6不受力情况下，对轴表面散斑场进行标定，其标定过程为使轴转动N次，每转动一次，转角为采集一张图像，记为Si；每次转动轴表面图像的位移像素点都是m，每次转动相邻图像灰度值稳定，最后得到一组标定图集S1-Sn；
通过频率信号发生器2对工业相机3的采集频率进行设置，实现相机的外部触发采集控制，相机的采集频率记为f。
加载负载后，通过工业相机3高速连续采集受力旋转后轴表面的散斑图像，得到一组含有应变位移信息的散斑图像，记为A1-An；Δt为相邻两帧图像的时间间隔，从频率信号发生器2的控制频率可以求得：Δt＝1/f。
从所采集的散斑图像中，任意选取相邻两帧图像，记为图像Ai与图像Ai+1。将图像Ai和Ai+1分别与标定图集S1-Sn进行相关运算，取标定图集中各自相关度最高的标定图像作为匹配图像；图像Ai匹配于标定图像Si，其中心点像素位移记为ui；图像Ai+1匹配于标定图像Sj，其中心点的像素位移记为uj；
求得相应瞬时角速度ωi为：
将工业计算机所存储的散斑图像A1-An分别按上述方法进行计算，得到旋转轴一段时间内连续运动的瞬时角速度ω1ω2...ωn-1，记为ω1-ωn-1，通过对轴角速度增量的分析，即可实现对旋转轴的扭振测量，进而实现旋转轴扭振状态的动态监测。

Claims (4)

1.一种动力装置旋转轴扭振测量系统，其特征在于，包括：分别与旋转轴(6)两端相连的动力装置(8)和负载(9)；旋转轴(6)表面所喷涂的人工散斑图案(7)；采集人工散斑图案所用的相机(3)；与相机相连的主机(1)和频率信号发生器(2)；位于相机(3)附近的一对条形LED光源(4)；与条形光源相连的光源控制器(5)。
2.根据权利要求1所述一种动力装置旋转轴扭振测量系统，其特征在于：所述主机(1)包括图像存储模块和数据处理模块，实现对所采集散斑图像的快速存储和轴角速度增量的计算。
3.根据权利要求1所述一种动力装置旋转轴扭振测量系统，其特征在于：所述光源控制器(5)通过调节条形LED光源(4)的电压来实现对光源亮度的控制。
4.根据权利要求1所述一种动力装置旋转轴扭振测量系统，其特征在于：所述相机(3)对散斑场的高速连续采集，是通过外部频率信号发生器(2)进行触发，实现采集频率的精确控制。
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