[发明专利]一种非接触式直线电机推力波动测量方法

权利要求书

1.一种非接触式直线电机推力波动测量方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：在与电机动子运动方向平行的竖直平面中通过投影形成一幅正弦条纹图像I(x,y)作为目标图像，所述正弦条纹图像的条纹方向呈竖直；

以电机动子的运动方向为X轴，以竖直方向为Y轴构建竖直平面中的平面坐标系，所述正弦条纹图像大小为M₀×N₀，所述正弦条纹图像I(x,y)在平面坐标系中的表达如(1)：

w为条纹周期，为条纹初始相位，a(x,y)为背景光强，b(x,y)为条纹幅值；x,y为所述正弦条纹图像的像素坐标，x＝1,2,…M₀；y＝1,2,…N₀；

步骤2：将相机固定设置在电机动子上，相机的光轴垂直于目标图像所在平面，设置相机放大倍数为k，采图时间间隔为Δt，电机工作在速度环模式，相机随电机动子运动，实时采集并保存大小为M×N的序列条纹图像f_t，其中，t＝0,Δt,2Δt,…,nΔt；

步骤3：对所述序列条纹图像f_t进行预处理，得到序列整周期单行条纹g_t，利用时间序列分析实时提取所述序列整周期单行条纹的位移信息，所述序列整周期单行条纹的位移信息即为电机动子位移s(t)；

所述对序列条纹图像f_t进行预处理是按如下方式进行：

对于序列条纹图像f_t进行ISEF滤波，得到序列滤波后图像，以提高测量稳定性；

利用Canny算子提取序列滤波后图像的边缘特征，相邻两个边缘特征的间距p为半个条纹周期；

对于序列滤波后图像进行第j行单行抽样，得到序列单行条纹f_tj，以提高测量实时性；

为了抑制傅里叶变换时的频谱泄露，在序列单行条纹f_tj上截取长度为2p×q的数据，得到序列整周期单行条纹g_t，其中q为小于M/w的正整数，完成对序列条纹图像f_t的预处理；

按如下方式获得直线电机动子位移s(t)：

在t时刻，经预处理后的序列整周期单行条纹g_t定义为如式(2)所示表达的g_t(x)：

γ为条纹对比度，是待求解的与电机动子位移有关的时间相位，对式(2)进行傅里叶变换得到g_t(x)的频谱Sg_t(ξ)如式(3)：

ξ为频率，C(ξ)和C^*(ξ)分别+1级和-1级频谱，*表示复共轭，DC(ξ)是零级低频背景光频谱；

对于频谱Sg_t(ξ)，选取合适的带通滤波器滤除其中的零级低频背景光频谱和-1级频谱，再进行逆傅里叶变换得到复数信号U_t(x)如式(4)：

U_t(x)＝∫C(ξ)exp(jξx)dξ (4)，

则有：

其中，Im为U_t(x)的虚部，Re为U_t(x)的实部；

则正弦条纹图像中坐标值为(i,j)的任一点的时间相位ψ(t)表达为：ψ(t)＝φ_t(i)，将电机动子的运动视为刚体平动，则正弦条纹图像中坐标值为(i,j)的任一点的时间相位ψ(t)即为待求解的与电机动子位移有关的时间相位

由式(6)获得直线电机动子位移s(t)为：

其中Δu为相机相元尺寸，unwrap表示对包络相位进行相位展开；

步骤4：根据所述电机动子位移s(t)和时间间隔Δt，结合质量m，获得电机动子的速度v(t)、加速度a(t)及推力波动F(t)，完成对直线电机推力波动的测量，所述质量m为电机动子、相机和负载的质量。

2.根据权利要求1所述的非接触式直线电机推力波动测量方法，其特征在于，利用式(7)、式(8)和式(9)计算获得直线电机动子的速度v(t)、加速度a(t)及推力波动F(t)：

F(t)＝ma(t) (9)。