[发明专利]一种旋转机械转速非接触测量系统及测量方法

说明书

一种旋转机械转速非接触测量系统及测量方法，属于旋转机械状态监测领域，本发明为了解决传统光学类的非接触测量方法，无法在恶劣环境中安全平稳运行，无法准确测量旋转轴转速的问题。旋转轴具有导磁特性；弱磁探测传感器，用于感知旋转轴转动过程中对地磁场扰动的弱磁信息，将该弱磁信息传输至弱磁信号调理装置；弱磁信号调理装置，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；数据采集装置，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。它用于以非接触测量方式测量旋转机械转速。

技术领域

本发明涉及测量转速的系统及方法，属于旋转机械状态监测领域。

背景技术

旋转轴是旋转机械的重要传动部件，关系到旋转机械能够安全平稳运行。尤其对于旋转机械结构紧凑、安装空间狭小，限制如编码器等接触式转速测量方法的应用。另外，当旋转轴处于恶劣环境中工作时，其受到高温、高转速、重载荷及油雾等干扰，传统光学类的非接触测量方法，无法在恶劣环境中安全平稳运行。为观察旋转轴的转速，尤其是在高转速过程中，转速突变的情况下的旋转轴的运行情况，非常有必要采取一种方法来测量旋转机械的旋转速度，以保证旋转机械稳定正常运行。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统光学类的非接触测量方法，无法在恶劣环境中安全平稳运行，无法准确测量旋转轴转速的问题，提出了一种旋转机械转速非接触测量系统及测量方法。

一种旋转机械转速非接触测量系统，所述系统包括弱磁探测传感器的支架、弱磁探测传感器、弱磁信号调理装置、数据采集装置和计算机，

弱磁探测传感器的支架用于固定弱磁探测传感器，弱磁探测传感器的探头朝向旋转轴的径向方向，且弱磁探测传感器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，用于感知旋转轴转动过程中对地磁场扰动的弱磁信息，将该弱磁信息传输至弱磁信号调理装置；

弱磁信号调理装置，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；

数据采集装置，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。

优选地，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。

优选地，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探头与旋转轴之间的距离。