[发明专利]一种旋转机械转速非接触测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种旋转机械转速非接触测量系统，其特征在于，所述系统包括弱磁探测传感器的支架(3)、弱磁探测传感器(4)、弱磁信号调理装置(5)、数据采集装置(6)和计算机，

弱磁探测传感器的支架(3)用于固定弱磁探测传感器(4)，弱磁探测传感器(4)的探头朝向旋转轴的径向方向，且弱磁探测传感器(4)探头与旋转轴以设定距离非接触设置；

旋转轴具有导磁特性；

弱磁探测传感器(4)，用于感知旋转轴转动过程中对地磁场(2)扰动的弱磁信息，将该弱磁信息传输至弱磁信号调理装置(5)；

弱磁信号调理装置(5)，用于将所述弱磁信号转换成电信号后传送至数据采集装置(6)；

数据采集装置(6)，用于将所述电信号传送给计算机；

计算机，用于对所述电信号进行短时傅里叶变换，得到时间序列下的弱磁信号的频谱，从该频谱中提取频谱能量最大值所对应的频率，根据该频率获得旋转轴的瞬时转速。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机械转速非接触测量系统，其特征在于，时间序列下的弱磁信号的频谱，表示为：

(t,f(t),E)＝STFT(s(t))公式1，

式中，s(t)为传感器输出信号，t为时间序列，STFT(.)为对信号进行短时傅里叶变换的操作符，f(t)为短时傅里叶变换后的频谱；

从该频谱中提取频谱能量最大值所对应的频率，表示为：

fr(t)＝magmax(E)公式2，

式中，E为短时傅里叶变换后的能量，fr(t)为随着时序变化的旋转轴特征频率，magmax(·)为寻找短时傅里叶变换后，频谱能量最大值对应频率的操作符；

v(t)＝fr(t)×60公式3，

式中，v(t)为提取的旋转轴的转速。

3.根据权利要求1所述的一种旋转机械转速非接触测量系统，其特征在于，设定距离为：

让旋转轴在同一转速条件下连续运行，使弱磁探测传感器(4)探头由近到远依次远离旋转轴达到设定的刻度，通过示波器观察弱磁探测传感器(4)探头在不同设定刻度下输出信号的幅值变化，从输出信号的幅值变化中选出弱磁探测传感器(4)探头输出信号幅值最大值对应的设定刻度作为弱磁探测传感器(4)探头与旋转轴之间的距离。

4.一种旋转机械转速非接触测量方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：

步骤1、感知具有导磁特性的旋转轴在转动过程中对地磁场(2)扰动的弱磁信息；

步骤2、将所述弱磁信号转换成电信号；

步骤3、对所述电信号进行短时傅里叶变换，得到时间序列下的弱磁信号的频谱，从该频谱中提取频谱能量最大值所对应的频率，根据该频率获得旋转轴的瞬时转速。

5.根据权利要求4所述的一种旋转机械转速非接触测量方法，其特征在于，时间序列下的弱磁信号的频谱，表示为：

(t,f(t),E)＝STFT(s(t))公式1，

式中，s(t)为传感器输出信号，t为时间序列，STFT(.)为对信号进行短时傅里叶变换的操作符，f(t)为短时傅里叶变换后的频谱；

从该频谱中提取频谱能量最大值所对应的频率，表示为：

fr(t)＝magmax(E)公式2，

式中，E为短时傅里叶变换后的能量，fr(t)为随着时序变化的旋转轴特征频率，magmax(·)为寻找短时傅里叶变换后，频谱能量最大值对应频率的操作符；

v(t)＝fr(t)×60公式3，

式中，v(t)为提取的旋转轴的转速。