一种轮速和转动方向同步测量的方法及构件与流程

本发明涉及转速与转动方向检测，特别涉及一种轮速和转动方向同步测量方法及构件。

背景技术：

1、皮带输送机转轮转速的检测通常采用在转轮处安装孔盘并配合传感器的方式，孔盘外圈加工等间隔通孔，通孔依次经过传感器产生脉冲信号，脉冲频率即反映转轮转速。但等间隔通孔在正转和反转时产生的脉冲序列完全相同，仅依靠转轮处的脉冲信号无法判别转动方向。现有方案需从驱动电机端读取转向信号，再与转轮转速信号匹配后才能间接获知转轮转向，不仅增加了跨部件引线和信号同步标定的复杂度，而且在皮带打滑、联轴器断开等电机与转轮运动不一致的工况下，电机端信号无法反映转轮的真实转向，导致转向检测失效。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种轮速和转动方向同步测量方法及构件，以解决背景技术中指出的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种轮速和转动方向同步测量方法，包括以下步骤：

4、s1、采用随轮端同步转动的轮盘本体，所述轮盘本体上沿第一圆周轨迹等间隔分布有多个第一通孔，沿第二圆周轨迹分布有多个第二通孔，所述第一圆周轨迹与所述第二圆周轨迹为半径不相等的同心圆，多个所述第二通孔在所述第二圆周轨迹上的相邻孔周向间距包括至少三种不同尺寸；所述轮盘本体随轮端转动时，所述第一通孔依次经过第一检测元件产生第一脉冲信号，所述第二通孔依次经过第二检测元件产生第二脉冲信号；

5、s2、信号处理单元依据所述第一脉冲信号的脉冲频率或脉冲周期计算轮端转速；

6、s3、所述信号处理单元记录所述第二脉冲信号中相邻脉冲之间的时间间隔，形成时间间隔序列；

7、s4、所述信号处理单元取所述时间间隔序列中连续两个时间间隔按时间先后构成有序组合，将所述有序组合与预设参照组合比对后输出方向信号：轮端沿第一方向转动时的有序组合属于第一参照组合组，轮端沿第二方向转动时的有序组合属于第二参照组合组，所述第一参照组合组与第二参照组合组不存在重叠，以此判别轮端转动方向。

8、在一个优选实施例中：所述信号处理单元中预存有所述第二通孔相邻周向间距的期望循环序列；步骤s3中，所述信号处理单元在连续记录到预设数量个与所述期望循环序列相匹配的时间间隔后建立模式同步；模式同步建立后，所述信号处理单元将后续每个时间间隔与期望循环序列中的对应期望间隔进行比对：

9、当实际时间间隔小于对应期望间隔且二者的比值小于第一预设比值时，判定该时间间隔内存在干扰脉冲，丢弃该干扰脉冲，并将该干扰脉冲前后的两个时间间隔合并后重新与期望循环序列比对，同时将该位置标记为异常标记；

10、当实际时间间隔大于对应期望间隔且二者的比值大于第二预设比值时，判定存在脉冲丢失，所述信号处理单元根据期望循环序列推断丢失脉冲所对应的第二通孔位置并输出通孔堵塞故障信号，同时将该位置标记为异常标记；

11、经上述校验后的时间间隔序列用于步骤s4的方向判别；

12、步骤s4中，当所述信号处理单元得到的方向判别结果与上一次输出的方向信号不一致时，回溯检查最近预设数量个时间间隔的校验记录，若所述校验记录中存在所述异常标记，则维持上一次输出的方向信号不切换，直至后续连续预设数量个时间间隔均无异常标记且方向判别结果一致后，再更新输出方向信号。

13、在一个优选实施例中：所述信号处理单元中预存有各相邻第二通孔之间的圆心角；步骤s2中，所述信号处理单元根据模式同步后所确定的当前间隔位置获取对应的圆心角，并由该圆心角与相邻脉冲的时间间隔计算轮端参考转速；

14、所述信号处理单元根据所述轮端参考转速预测第一脉冲信号中下一脉冲的预期到达时间窗口：当第一脉冲在所述预期到达时间窗口内到达时，依据该第一脉冲更新轮端转速；当第一脉冲早于所述预期到达时间窗口到达时，判定该第一脉冲为干扰脉冲并丢弃；当所述预期到达时间窗口结束时第一脉冲仍未到达，判定第一脉冲信号存在脉冲丢失，以所述轮端参考转速作为轮端转速输出并输出故障信号；

15、当轮端转速低于预设转速阈值时，所述信号处理单元每接收到一个第二脉冲即根据其对应的圆心角和时间间隔更新轮端转速。

16、在一个优选实施例中：所述第一圆周轨迹的半径大于所述第二圆周轨迹的半径，所述第一通孔的孔径大于所述第二通孔的孔径。

17、在一个优选实施例中：步骤s3中，所述信号处理单元以所述第一脉冲信号的脉冲周期为基准时钟，将所述第二脉冲信号中相邻脉冲的时间间隔换算为相对于所述脉冲周期的归一化比值；步骤s4中，所述信号处理单元将连续两个归一化比值按时间先后构成所述有序组合并进行比对。

18、在一个优选实施例中：多个所述第二通孔在所述第二圆周轨迹上的相邻孔周向间距包括尺寸各不相同的第一间距、第二间距和第三间距，所述第一间距小于第二间距，第二间距小于第三间距，且所述第一间距、第二间距和第三间距在所述第二圆周轨迹上按第一间距、第二间距、第三间距的顺序循环排列；步骤s4中，所述信号处理单元将连续两个归一化比值所对应的间距类型与预设的第一参照组合组和第二参照组合组比对，所述第一参照组合组包括第一间距与第二间距的有序组合、第二间距与第三间距的有序组合以及第三间距与第一间距的有序组合，所述第二参照组合组包括第三间距与第二间距的有序组合、第二间距与第一间距的有序组合以及第一间距与第三间距的有序组合，当连续两个归一化比值所对应的间距有序组合属于第一参照组合组时判定轮端沿第一方向转动，属于第二参照组合组时判定轮端沿第二方向转动。

19、在一个优选实施例中：所述轮盘本体包括平行间隔设置的第一轮盘和第二轮盘，所述第一轮盘和第二轮盘固定连接于同一转轴上并随轮端同步转动；所述信号处理单元并行接收来自第一轮盘的第一轮盘检测信号组和来自第二轮盘的第二轮盘检测信号组，分别计算轮端转速和方向后进行比对，当两组计算结果一致时输出该结果。

20、在一个优选实施例中：所述信号处理单元对每个轮盘检测信号组进行有效性检查，所述有效性检查包括检测脉冲信号是否缺失、脉冲周期是否在预设范围内，以及在轮端转速高于预设校验转速阈值时检测方向判别结果在相邻测量周期之间是否发生跳变；当其中一个轮盘检测信号组未通过有效性检查或两组计算结果不一致时，屏蔽该轮盘检测信号组并以另一个轮盘检测信号组的计算结果作为输出，待被屏蔽的轮盘检测信号组恢复且连续预设数量个周期两组计算结果一致后恢复双路比对输出。

21、在一个优选实施例中：步骤s4中，所述信号处理单元对方向判别结果进行连续确认：仅当连续预设次数的判别结果一致时才输出对应的方向信号；当判别结果在第一方向与第二方向之间切换时，保持输出上一方向信号，直至连续预设次数的判别结果一致后再切换输出。

22、一种轮速和转动方向同步测量构件，用于实施所述的轮速和转动方向同步测量方法，其特征在于：包括固定连接于同一转轴上并随轮端同步转动的第一轮盘和第二轮盘，第一轮盘与第二轮盘平行间隔设置；

23、所述第一轮盘和第二轮盘上均设有沿第一圆周轨迹等间隔分布的多个第一通孔和沿第二圆周轨迹分布的多个第二通孔，所述第一圆周轨迹与所述第二圆周轨迹为半径不相等的同心圆；多个所述第二通孔在所述第二圆周轨迹上的相邻孔周向间距包括尺寸各不相同的第一间距、第二间距和第三间距，所述第一间距小于第二间距，第二间距小于第三间距，且所述第一间距、第二间距和第三间距按第一间距、第二间距、第三间距的顺序循环排列；

24、所述第一轮盘和第二轮盘各自配备独立的第一检测元件和第二检测元件，所述第一检测元件的检测端朝向所述第一圆周轨迹并在第一通孔经过时输出第一脉冲信号，所述第二检测元件的检测端朝向所述第二圆周轨迹并在第二通孔经过时输出第二脉冲信号；

25、还包括信号处理单元，所述信号处理单元包括计时模块和方向判别模块，所述计时模块记录所述第二脉冲信号中相邻脉冲之间的时间间隔；所述信号处理单元以所述第一脉冲信号的脉冲周期作为基准时钟对所述第二脉冲信号的时间间隔做归一化处理，所述方向判别模块将连续两个经归一化处理的比值按时间先后构成有序组合并与预设参照组合比对后输出方向信号；所述信号处理单元同时接收来自第一轮盘和第二轮盘的两个轮盘检测信号组并进行比对，当其中一个轮盘检测信号组异常时以另一个轮盘检测信号组的计算结果作为输出。

26、与现有技术相比，本发明通过在内圈设置三种不同周向间距并按固定顺序循环排列，将方向信息编码在孔距的空间排列中，正转与反转产生的有序组合组互不重叠，从数学原理上保证了单只传感器即可在轮端直接判别转向，无需从电机端引线取信号，消除了皮带打滑、联轴器断开等工况下电机端信号与转轮实际转向不一致导致的检测失效，同时与正交编码器方案相比省去了一路相位差信号通道，线束和接口数量减半；内圈编码序列在承载方向信息的同时兼作校验基准，通过模式同步、干扰脉冲丢弃合并、脉冲丢失定位及异常标记与方向输出互锁，使同一孔系同时实现判向和纠错，纠错后序列完整可继续用于判向，堵塞故障可精确定位至具体孔位；利用内圈校验后的间隔计算参考转速并预测外圈脉冲到达窗口，与外圈归一化校验内圈形成双向校验闭环，两路信号互不为基准却互相提供可靠性保证，并按脉冲早到或晚到区分干扰与丢失两种故障类型；外圈脉冲周期作为基准时钟对间隔做归一化处理，使判据成为仅取决于几何尺寸的无量纲常数，在全转速范围内统一有效，无需按转速区间分段标定；三种间距取相邻比值不小于1.2且最大间距与最小间距之比小于2，既保证归一化比值之间有充足的区分台阶，又与脉冲丢失判据兼容；双轮盘并联使任一路故障时另一路仍可独立工作，并配合有效性检查、转速门控方向跳变检测和连续确认防抖，在粉尘、振动、电磁干扰等工业现场环境下保障输出稳定；构件将测速孔系、编码判向孔系、双盘冗余与信号处理集成于一体，安装后直接在转轮处输出转速和方向两路数字信号，各项功能并行实现且互不依赖，单点故障下可降级运行。