一种应用加速度计的旋转体转速测定方法与流程

1.本发明涉及转速检测技术领域，特别涉及一种应用加速度计的旋转体转速测定方法。


背景技术：

2.在交通、电力、冶金、化工和建材等各领域自动化装备及生产自动化过程中，旋转体转速是一个重要的参考量，比如电梯升降、机床钻头转速、数控机床位置移动等需要测量转速的情况。
3.转速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。同时从测速仪是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式。
4.目前常用的转速测量方法有：
5.1、光电码盘测速法，通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，有一个固定光源照射在码盘上，利用光敏元件来接收光，接收光的次数就是码盘的编码数。通过编码数，测量时间和测量到的脉冲数计算转速。但是光电码盘本身存在对强光敏感且测量转速精度不高等缺点。
6.2、霍尔元件测速法，利用霍尔开关元件测转速，霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与ttl电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，即磁感应强度发生变化时，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速。若被测物体转速过慢，磁感应强化发生变化的周期大于读取脉冲信号周期时，则会导致测量不准确。
7.3、离心式测速法，利用物体旋转时产生的离心力来测量转速，当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过传动系统带动指针回转。当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。但是，测量转速时，需要将转速表的端头插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易影响读数。
8.4、测速发电机测转速，利用直流发电机的电枢电动势与发电机的转速成正比的这一关系测量转速。测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出，在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表，即可读出转速。但其通常设计的磁通密度很低，并必须保证在线性区，以保证转速与发电的电动势成正比。
9.5、闪光测速法，利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上，将闪光灯的灯光照到电机转动部分，当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时，此时脉冲的频率是与转速是同步的，可通过计算脉冲频率得到电机转速。但是闪光测速法只能测高转速，不能测过低
转速。
10.综上，目前的旋转体转速测量方法大多存在测量效果不理想且测量条件苛刻不容易实现的问题。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用加速度计的旋转体转速测定方法，通过在旋转体信号处理模块中偏心安装加速度计使其跟随转动，实时输出其检测到的加速度波形信号。通过对输出信号进行去零点漂移处理，使其每个旋转周期数据都存在零点(即处理波形曲线使其始终位于x轴附近)，从而得到旋转体旋转周期个数，结合采样时间长度计算实时转速。以方便、快捷、精准地测定旋转体转速。
12.为此，本发明提供了以下技术方案：
13.本发明提供了一种应用加速度计的旋转体转速测定方法，加速度计偏心安装于旋转体信号处理模块中，旋转体转动时加速度计跟随旋转，包括：
14.获取所述加速度计在预定时间序列长度采集的用于计算转速的原始数据；
15.计算所述原始数据对应的加速度计旋转周期数；
16.基于所述加速度计旋转周期数以及所述时间序列长度，计算旋转体的转速。
17.进一步地，计算所述原始数据对应的加速度计旋转周期数，包括：
18.从所述原始数据剔除加速度计输出信号的零点漂移；
19.计算去除零点漂移后的数据中的零点，并统计所述零点的数量总和；
20.基于所述零点的数量总和计算所述原始数据对应的加速度计旋转周期数。
21.进一步地，从所述原始数据剔除加速度计输出信号的零点漂移，包括：
22.获取所述原始数据的最大值m和最小值m，得到漂移k＝(m m)/2；
23.去除所述原始数据中的零点漂移z＝y-k，其中y表示原始数据。
24.进一步地，基于所述零点的数量总和计算所述原始数据对应的加速度计旋转周期数，包括：
25.令z＝0，计算去除零点漂移z后数据零点数量之和h；
26.计算加速度计旋转周期数n＝h/2，若h％2≠0，则n＝n 1。
27.进一步地，计算所述原始数据对应的加速度计旋转周期数，包括：
28.获取所述原始数据中的极大值或极小值点个数，将极大值或极小值点数作为所述原始数据对应的加速度计旋转周期数。
29.进一步地，获取所述加速度计在预定时间序列长度采集的用于计算转速的原始数据，包括：
30.实时截取加速度计两个垂直采样通道在预定时间序列长度的输出波形信号；
31.对所述输出波形信号进行降采样，得到用于计算转速的原始数据。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
33.本发明仅涉及简单通用的检测元件和计算方法，提供了一种方便快捷测定旋转体转速的通用方案。通过本发明方法，将其应用于旋转体的转速测量中，不仅效果理想，测得转速与现有技术差距细微，而且实现更容易，节省了安装空间和测量成本，是一种新的解决问题思路。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明实施例中应用加速度计的旋转体转速测定方法的流程图；
36.图2为本发明实施例中的一组原始信号波形图；
37.图3为本发明实施例中对图2信号波形去除零点漂移后的信号波形图。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
39.如图1所示，本发明实施例中的一种应用加速度计的旋转体转速测定方法，加速度计作为测量加速度的仪表，在具有优异的集成性和偏差稳定性的同时，还兼具了较低成本、电压输出和的环境参数变化敏感度的特点，被广泛应用于交通、电力、冶金、化工和建材等各领域自动化装备及生产自动化过程中。旋转体转速是一个重要的参考量，比如电梯升降、机床钻头转速、数控机床位置移动等需要测量转速的情况。本发明中首先将加速度计偏心安装于旋转体信号处理模块中，旋转体旋转时，加速度计跟随转动，采集加速度计得到的数据，然后进行计算，得到旋转体的实时转速。优选地，加速度计为单轴向加速度计，由于单轴向加速度计价格低廉，应用方便，需要安装空间小，数据输出灵敏度高，正常工作条件下性能稳定等优点，常用于测量设备倾角和加速度等参数。计算过程主要包括以下由计算机执行的步骤：
40.s1：获取预定时间序列长度下用于计算转速的原始数据y。
41.其中，s1具体包括以下步骤：
42.s11：实时截取加速度计两个垂直采样通道若干旋转周期(对应时间序列长度为t)的输出波形信号；
43.s12：对采样数据进行降采样作为计算实时转速的原始数据y。
44.获取到的原始数据加速度值如表1所示，数据波形曲线如图2所示。
45.表1
[0046][0047][0048]
s2：去除原始数据中的零点漂移数据，并对去除零点漂移后的数据进行求零点计算；
[0049]
加速度计转动时，由于总会存在偏心的安装误差，其输出信号中存在零点漂移。将其从原始数据中剔除，使去除零点漂移后的数据可以进行求零点计算。s2具体包括以下步骤：
[0050]
s21：得到数据最大值m和最小值m，得到漂移k＝(m m)/2；
[0051]
s22：去除数据零点漂移z＝y-k。
[0052]
本实施例中获取了t＝1s的加速度计波形数据，经过上述步骤之后，如下表2所示为完成去除零点漂移后的加速度值表，将去除零点漂移后的数值绘制成曲线如图3所示。
[0053]
表2
[0054]
[0055][0056][0057]
s3：计算去除零点漂移后数据的零点数总和，求该数据对应的加速度计旋转周期
数。
[0058]
其中，s3包括以下步骤：
[0059]
s31：令z＝0，求去除零点漂移后数据零点数量之和h＝5；
[0060]
s32：求周期个数n＝h/2＝2，由于h％2＝1，n＝n 1＝3，即数据共存在3个加速度计旋转周期。
[0061]
s4：通过加速度计采样样本对应的时间序列长度t＝1s计算旋转体转速
[0062]
在另一实施例中，可直接获取原始数据极大值或极小值点个数，替换步骤s2，s3中直接取最大值或最小值点数作为采样数据周期个数n。
[0063]
本发明实施例中，在测定旋转体实时转速时仅涉及简单通用的检测元件和计算方法，提供了一种方便快捷测定旋转体转速的通用方案。通过本发明方法，将其应用于旋转体的转速测量中，不仅效果理想，测得转速与现有技术差距细微，而且实现更容易，节省了安装空间和测量成本，是一种新的解决问题思路。
[0064]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。