CN102608348B - 针对不规则脉冲信号测量转速的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对不规则脉冲信号测量转速的方法,其步骤如下：（1）感应器随旋转体旋转，依次经过无接触脉冲信号发生装置，产生脉冲信号；（2）对脉冲信号采样，计算采样得到的高电平脉冲信号中间时刻tmid；（3）判断采样得到的n个中间时刻tmid的总时长和采样时长的大小，并计算高电平数量n;（4）取n个tmid算术平均值T；（5）脉冲信号变化周期与感应器的数量作乘法运算，得到转动圆盘转动一周的时间，该时间取倒数得到转速。本发明通过提供一种针对不规则脉冲信号测量转速的方法，解决了因感应器相对尺寸过大，造成脉冲信号不规则，使得测量误差增大的问题，同时较其他传统测量转速的方法很大程度提高的测量的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及旋转装置的速度测量技术领域，特别是针对不规则脉冲信号测量转速的方法。
背景技术
转速的测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪光测速法和震动测速法。 同时，从测量仪是否与旋转体接触又可分为接触式、非接触式。非接触式测速法是利用位移传感器对接近物体的距离的敏感特性产生“0”和“1”的脉冲信号，根据产生的脉冲波长计算出转速的方法。当感应器移向检测元件接近，并接近到一定距离时，位移传感器有“感知”，产生脉冲信号“1”，当距离大于该检出距离时脉冲信号为“0”，根据脉冲信号的波长计算出转速。由于感应器本身的大小、形状和安装方位等特性，导致产生的脉冲信号并不均匀，因此所测得的转速与实际转速误差很大，很难得到较为精确的转速数据。
特别是风力发电机械在运行中常通过风机叶片的转动带动风机主轴旋转，进行发电。当风力过大，转速过快时，会产生安全事故，所以，需要对风机主轴转速进行监控并要求具有较高精度。发明内容
本发明的目的在于通过提供一种针对不规则脉冲信号测量转速的方法，解决了转速使用传统方法所得测量数据误差太大的情况，该方法简单易行，也不需提供高精尖的科学设备，实用性强，同时可对多路开关输入信号同时测量。
实现上述发明目的的本发明的技术方案为，一种针对不规则脉冲信号测量转速的方法,
其步骤如下：
（1）均匀固定在圆形旋转体(1)表面的不少于一个与圆心距离相等的感应器(2)在旋转的过程中，依次经过固定不动的无接触脉冲信号发生装置(3)，无接触脉冲信号发生装置产生脉冲信号；
（2）对脉冲信号采样，将采样得到的脉冲信号取每个高电平的时长tmid;
（3）从该中间时刻tmidi向前查找历史记录中的每个高电平的中间时刻tmidi，tmidi-1、tmidi-2…. tmidi-n，当查找到第i-n个时刻与当前第i时刻的时长大于采样时长，记录所发生的高电平的数量n，并且记录总时长ttotal；否则继续判断下一个高电平时刻；
（4）取n个完整周期的总时长ttotal的平均值，作为一个脉冲信号变化周期T；
（5）脉冲信号变化周期与旋转体上所安装感应器的数量作乘法运算，得到转动圆盘转动一周的时间，转动圆盘转动一周的时间取倒数得到该圆盘的转速。
该方法将高电平时长tmid的算术平均值T作为不规则脉冲信号的一个变化周期，使测量数据所得更为精确，计算得到的转速误差更小，当转速更改时，根据实际转速设定新的采样时长，重复以上所述方法，通过计算得到精确的更新后的转速。
进一步的，所述设备的采样频率大于脉冲信号的频率。
采样频率大于脉冲信号的发生频率，使采样得到的数据准确率更高，采样得到脉冲信号的更为准确。
进一步的，所述脉冲信号相邻电平的时间长度相同或者不同。
本发明中，由于感应器本身的一些特性及安装时方位不一定相同，所以产生的脉冲信号相邻电平的时间长度随机，相同或者不同的情况都存在，但是所有感应器是相同的，均匀安装，而且距旋转中心的距离相同，所以通过计算得到的高电平时长的算术平均值T，作为两相邻高电平的中间时刻差值作为脉冲信号的周期相对比较精确。
附图说明
图1为本发明针对不规则脉冲信号测量转速的方法的实施装置结构图；
图2为本发明针对不规则脉冲信号测量转速的方法脉冲信号结构图。
具体实施方式
为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图通过实施例来详细描述本发明针对不规则脉冲信号测量转速的方法的具体实施过程。
本发明实施例为典型实施结构，任何单位和个人在没有任何创造性修改的基础上对本发明进行的修改，均属于本发明的技术保护范围。
实施例1：
本发明设计了一种针对不规则脉冲信号测量转速的方法,其步骤如下：
（1）均匀固定在圆形旋转体1表面的不少于一个与圆心距离相等的感应器2在旋转的过程中，依次经过固定不动的无接触脉冲信号发生装置3，无接触脉冲信号发生装置产生脉冲信号；
（2）对脉冲信号采样，采样得到tupi和tdowni；
其中tupi为第i个高电平上升沿发生时刻，tdowni为第i个高电平下降沿发生时刻；
计算每个高电平时中间时刻tmidi，并记录；
（3）从该中间时刻tmidi向前查找历史记录中的每个高电平的中间时刻tmidi，tmidi-1、tmidi-2…. tmidi-n，当查找到第i-n个时刻与当前第i时刻的时长大于采样时长，记录所发生的高电平的数量n，并且记录总时长ttotal；否则继续判断下一个高电平时刻；其中：ttotal= tmidi-tmidi-n
（4）当ttotal大于设定的采样时长时，记录查找到的历史中间时间点数量n，取n个采样脉冲总时长ttotal的平均值作为两相邻高电平的中间时刻差T，同时作为一个脉冲信号周期，
即：
其中，ttotal为采样到的n个脉冲信号总时长。在保证一个采样时长内取得的n>1要求下，根据实际发生的情况设定采样时长；
（5）脉冲信号变化周期T与旋转体上所安装感应器的数量作乘法运算，得到转动圆盘转动一周的时间，转动圆盘转动一周的时间取倒数得到该圆盘的转速。
转速有变化时，设定新的采样时长，实时监测并更新tupi和tdowni的检测值，重复以上步骤（2）（3）（4）（5），得到新的转速值。
实施例2：
如图1所示为本发明针对不规则脉冲信号测量转速的方法的实施装置结构图。
其中旋转体1为一圆盘，所述感应器2为均匀固定在圆盘上并距圆心距离相等的不少于一个的六角螺母，螺母在圆盘上凸起，在所述圆盘上方固定安装无接触脉冲信号发生装置3，该装置通过与所测物体距离的改变产生“0”和“1”的跳变。
当所述无接触脉冲发生装置与所测物体距离在感知距离内时，发生脉冲信号“1”，当无接触脉冲发生装置与所测物体距离在感知距离外时，发生脉冲信号“0”。无接触脉冲发生装置是固定的，当所述圆盘转动时，所述无接触脉冲发生装置与盘面和螺母之间的距离在感知距离内和感知距离外之间交替变化，从而产生“0”和“1”的脉冲信号变化。
由于六角螺母的安装是随机的，盘面上所有螺母角的方位不一致，当圆盘转动时，进入无接触脉冲信号发生装置感应跳变的位置不同，从而产生的脉冲信号电平的时刻也不规则。如图2所示，为本发明针对不规则脉冲信号测量转速的方法脉冲信号结构图，图中由于作为感应器的六角螺母安装方位随机，所以圆盘转动时，存在于感知距离内的螺母的位置不同，产生的高电平脉冲信号也是不规则的。
如图2所示，第一个作为感应器的六角螺母从螺母的一个对称角进入感应跳变区；第二个作为感应器的六角螺母从螺母的一个对称面进入感应跳变区；第三个和第四个作为感应器安装方位不规则，进入感应跳变区域的位置不规则，所以四个作为感应器的六角螺母产生的高电平脉冲信号时长不相同。
为了精确得到圆盘转速，减小误差，将采样得到n个tupi和tdowni作平均值运算
即
得到所得高电平脉冲信号的中间时刻tmidi，每记录到一个新的中间时间点tmidi值，向前查找历史记录中的中间时间点tmidi，tmidi-1、tmidi-2…. tmidi-n，计算并记录采样脉冲信号总时长ttotal。
其中：ttotal= tmidi-tmidi-n
当ttotal大于设定的采样时长时，记录查找到的历史中间时间点数量n，取n个采样脉冲总时长ttotal的平均值，即所有高电平脉冲信号的算术平均值T，作为一个脉冲信号变化周期。
即：
圆盘上有多少数量的螺母，圆盘转一周就会产生多少个周期脉冲，将所得的脉冲周期与所装螺母的数量作乘法运算得到圆盘转一周的时长，时长去倒数便可得到转速，再将所得转速根据需要进行处理。
当转速变化时，通过上述方法，对脉冲信号实时采样计算，得到新的转速值。
利用本发明针对不规则脉冲信号测量转速的方法测量转速，解决了由于感应器本身一些特性导致产生的脉冲波不规则，因而不好准确测量转速的问题，同时较其他传统测量转速的方法很大程度提高的测量的精准度，减小了测量误差。
Claims (3)
1.一种针对不规则脉冲信号测量转速的方法,其特征在于，其步骤如下：
（1）均匀固定在圆形旋转体(1)表面的不少于一个与圆心距离相等的感应器(2)在旋转的过程中，依次经过固定不动的无接触脉冲信号发生装置(3)，无接触脉冲信号发生装置产生脉冲信号；
（2）对脉冲信号采样，将采样得到的脉冲信号取每个高电平的中间时刻tmidi；
（3）从该中间时刻tmidi向前查找历史记录中的每个高电平的中间时刻tmidi，tmidi-1、tmidi-2…. tmidi-n，当查找到第i-n个时刻与当前第i时刻的时长大于采样时长，记录所发生的高电平的数量n，并且记录总时长ttotal；否则继续判断下一个高电平时刻；
（4）取n个完整周期的总时长ttotal的平均值，作为一个脉冲信号变化周期T；
（5）脉冲信号变化周期与圆形旋转体上所安装感应器的数量作乘法运算，得到圆形旋转体转动一周的时间，圆形旋转体转动一周的时间取倒数得到圆形旋转体的转速。
2.如权利要求1所述的针对不规则脉冲信号测量转速的方法，其特征在于，感应器的采样频率大于脉冲信号的频率。
3.如权利要求1所述针对不规则脉冲信号测量转速的方法，其特征在于，所述脉冲信号相邻电平的时间长度相同或者不同。
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