減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖測(cè)量法中周期性誤差的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖法測(cè)量時(shí)周期性誤差的方法，包括以下步驟：A：在轉(zhuǎn)軸測(cè)量截面處安裝標(biāo)示裝置并安裝檢測(cè)設(shè)備，使檢測(cè)設(shè)備能夠穩(wěn)定的輸出正確的波形；B:利用高頻計(jì)數(shù)器進(jìn)行信號(hào)采樣，記錄由檢測(cè)設(shè)備輸出的任意兩個(gè)連續(xù)脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔；C:根據(jù)瞬時(shí)扭振角速度計(jì)算公式計(jì)算任意點(diǎn)處的瞬時(shí)扭振角速度；D:根據(jù)脈沖信號(hào)計(jì)算標(biāo)示裝置轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中的周期時(shí)延平均函數(shù)；E：通過周期時(shí)延平均函數(shù)拓展出任意點(diǎn)處的周期時(shí)延平均函數(shù)；F：從檢測(cè)設(shè)備輸出的實(shí)測(cè)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)中扣除周期時(shí)延平均函數(shù)，即可得到誤差補(bǔ)償后的扭振信號(hào)。本發(fā)明能夠避免現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖測(cè)量法中的缺陷，有效降低分度誤差和彎曲振動(dòng)對(duì)扭振測(cè)量結(jié)果的影響，提高扭振測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
【專利說明】減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖測(cè)量法中周期性誤差的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)分析方法，尤其涉及一種能夠減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖測(cè)量法中周期性誤差的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械經(jīng)常發(fā)生的一類振動(dòng)故障。在大幅扭轉(zhuǎn)振動(dòng)沖擊或長(zhǎng)期扭轉(zhuǎn)振動(dòng)作用下，轉(zhuǎn)軸表面會(huì)出現(xiàn)與截面成45°夾角的“麻花式”裂紋，容易造成轉(zhuǎn)軸疲勞損壞。與轉(zhuǎn)軸彎曲振動(dòng)測(cè)試不同的是，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的測(cè)試要更為復(fù)雜，測(cè)試結(jié)果所受到的影響因素也比較多，測(cè)試技術(shù)遠(yuǎn)沒有彎曲振動(dòng)測(cè)試技術(shù)那么成熟。開展扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試技術(shù)研究，對(duì)提高扭振測(cè)試信號(hào)準(zhǔn)確度和可靠性具有重要意義。
[0003]扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式測(cè)量方法包括:蓋格爾法、動(dòng)態(tài)應(yīng)變法和加速度傳感器法等。非接觸式測(cè)量方法包括:激光法和脈沖法等。相對(duì)于接觸式測(cè)量方法而言，非接觸測(cè)量方法中的脈沖法原理簡(jiǎn)單，在現(xiàn)場(chǎng)容易實(shí)現(xiàn)，是目前比較通用的一種測(cè)量方法。本發(fā)明主要針對(duì)脈沖法進(jìn)行研究，以達(dá)到降低測(cè)量誤差、提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的效果。
[0004]在使用脈沖法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要在轉(zhuǎn)軸測(cè)量部位安裝設(shè)置有采樣點(diǎn)的標(biāo)示裝置，如齒輪盤或黑、白反光條，并配套安裝對(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備，如各類檢測(cè)傳感器。例如，在轉(zhuǎn)軸測(cè)量部位安裝齒輪盤時(shí)，需要配套安裝渦流傳感器或磁阻傳感器。當(dāng)齒輪盤上的齒頂或齒隙轉(zhuǎn)過傳感器時(shí)，傳感器感受到其前端與齒輪盤之間的間隙變化，進(jìn)而輸出系列脈沖信號(hào)。在轉(zhuǎn)軸測(cè)量部位安裝黑、白反光條時(shí)，需要配套激光、紅外等形式的光電傳感器。當(dāng)黑條和白條分別轉(zhuǎn)過光電傳感器時(shí)，光電傳感器感受到的反光信號(hào)強(qiáng)弱不同，進(jìn)而輸出系列脈沖信號(hào)。轉(zhuǎn)軸沒有轉(zhuǎn)速波動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，輸出脈沖波形間隔均勻；轉(zhuǎn)軸發(fā)生扭振時(shí)，輸出脈沖波形間隔不均勻。根據(jù)脈沖之間間隔非均勻程度，可以從輸出波形中提取出扭振信號(hào)。
[0005]脈沖法測(cè)量扭振時(shí)，對(duì)齒輪盤或黑白反光條分度是否均勻有嚴(yán)格要求。在沒有扭振的情況下，分度誤差也會(huì)造成傳感器輸出一個(gè)非均勻間隔的系列脈沖波形，導(dǎo)致將分度誤差錯(cuò)誤識(shí)別為扭振信號(hào)，致使扭振測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確。旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸扭振角位移幅度很小，通常在0.1°以內(nèi)，而分度誤差往往大于0.1°。受打印機(jī)走紙速度不均勻、打印機(jī)分辨率、轉(zhuǎn)軸周長(zhǎng)測(cè)量誤差、周長(zhǎng)與反光條之間無(wú)法整數(shù)倍劃分等因素的影響，采用黑、白反光條獲取脈沖信號(hào)中產(chǎn)生的分度誤差比采用齒輪盤獲取脈沖信號(hào)中產(chǎn)生的分度誤差更大；并且在反光條對(duì)接部位，由于無(wú)法準(zhǔn)確度對(duì)接，將會(huì)導(dǎo)致分度誤差加大，遠(yuǎn)大于扭振幅值。
[0006]因此，如何減小脈沖法測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)分度誤差的影響，一直是人們所關(guān)心的內(nèi)容。目前的做法是:(I)在沒有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的狀態(tài)下測(cè)量和記錄傳感器輸出信號(hào)，以此作為基準(zhǔn)信號(hào)；(2)測(cè)量運(yùn)行狀態(tài)下的扭振信號(hào)；(3)從實(shí)際測(cè)量扭振信號(hào)中扣除基準(zhǔn)信號(hào)，獲得真實(shí)信號(hào)。雖然這種誤差補(bǔ)償方法最容易被想到，但實(shí)際應(yīng)用中存在以下缺陷:(I)受工作條件限制，很難獲得沒有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)；(2)受熱膨脹等因素的影響，不同工作狀態(tài)下的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)可能不完全相同；(3)分度誤差補(bǔ)償時(shí)，基準(zhǔn)脈沖信號(hào)和實(shí)測(cè)脈沖信號(hào)之間必須一一對(duì)應(yīng)，即:兩個(gè)信號(hào)必須是同一個(gè)起點(diǎn)。否則無(wú)法補(bǔ)償。這就要求配備額外的傳感器，如:鍵相傳感器等，來幫助確定脈沖起點(diǎn)；或者改變某一個(gè)齒或反光條的寬度，以此作為誤差補(bǔ)償時(shí)的基準(zhǔn)標(biāo)記，但這種做法在實(shí)際操作中非常不便。
[0007]由振動(dòng)理論可知，彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是兩種不同形式的振動(dòng)，兩者之間并不關(guān)聯(lián)。但是在采用脈沖法測(cè)量扭振時(shí)，轉(zhuǎn)軸彎曲振動(dòng)對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)量結(jié)果也會(huì)帶來影響。以扭振傳感器安裝在水平位置為例進(jìn)行分析，在沒有扭振的情況下，垂直方向上轉(zhuǎn)軸彎曲振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸上下移動(dòng)，從而導(dǎo)致水平方向上扭振傳感器輸出扭振信號(hào)，造成測(cè)量誤差。旋轉(zhuǎn)機(jī)械工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)軸彎曲振動(dòng)無(wú)處不在，彎曲振動(dòng)對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)量結(jié)果的影響必須要考慮。目前所采取的消除彎曲振動(dòng)影響的誤差補(bǔ)償方法是:首先在轉(zhuǎn)軸相對(duì)180°的方向各布置一組傳感器；由于彎曲振動(dòng)對(duì)這兩組傳感器輸出扭振信號(hào)的影響是幅值相等，角度相反；因此將兩組傳感器輸出信號(hào)相加，抵消彎曲振動(dòng)的影響。這種補(bǔ)償方法需要配置兩組傳感器，不僅增加了傳感器費(fèi)用和檢測(cè)儀器測(cè)量通道，而且還會(huì)受到結(jié)構(gòu)條件限制，導(dǎo)致傳感器安裝不便。
[0008]綜上所述，分度誤差和彎曲振動(dòng)對(duì)扭振信號(hào)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性產(chǎn)生了很大影響。雖然人們已經(jīng)意識(shí)到這兩類誤差對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，也有種種方法可以補(bǔ)償這兩類誤差，但現(xiàn)有的補(bǔ)償方法使用不便、測(cè)量誤差大，無(wú)法滿足提高扭振測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖法測(cè)量時(shí)周期性誤差的方法，能夠避免現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖測(cè)量法中的缺陷，有效降低分度誤差和彎曲振動(dòng)對(duì)扭振測(cè)量結(jié)果的影響，提高扭振測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
[0010]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0011]一種減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖法測(cè)量時(shí)周期性誤差的方法，包括以下步驟:
[0012]A:在轉(zhuǎn)軸測(cè)量截面處安裝設(shè)置有采樣點(diǎn)的標(biāo)示裝置，并安裝配套的檢測(cè)設(shè)備，調(diào)整檢測(cè)設(shè)備與轉(zhuǎn)軸之間的距離和角度，使檢測(cè)設(shè)備能夠穩(wěn)定的輸出正確的波形；
[0013]B:利用高頻計(jì)數(shù)器進(jìn)行信號(hào)采樣，并記錄由檢測(cè)設(shè)備輸出的任意兩個(gè)連續(xù)脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔Ati, i = 1，2，...，N，其中N為總采樣點(diǎn)數(shù)；
[0014]C:設(shè)標(biāo)示裝置上設(shè)置的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為n，標(biāo)示裝置每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，檢測(cè)設(shè)備將輸出η個(gè)脈沖，根據(jù)瞬時(shí)扭振角速度計(jì)算公式計(jì)算任意點(diǎn)處的瞬時(shí)扭振角速度
【權(quán)利要求】
1.一種減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖法測(cè)量時(shí)周期性誤差的方法，其特征在于，包括以下步驟: A:在轉(zhuǎn)軸測(cè)量截面處安裝設(shè)置有采樣點(diǎn)的標(biāo)示裝置，并安裝配套的檢測(cè)設(shè)備，調(diào)整檢測(cè)設(shè)備與轉(zhuǎn)軸之間的距離和角度，使檢測(cè)設(shè)備能夠穩(wěn)定的輸出正確的波形； B:利用高頻計(jì)數(shù)器進(jìn)行信號(hào)采樣，并記錄由檢測(cè)設(shè)備輸出的任意兩個(gè)連續(xù)脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔Λ i = 1，2，...，N，其中N為總采樣點(diǎn)數(shù)； C:設(shè)標(biāo)示裝置上設(shè)置的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為n，標(biāo)示裝置每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，檢測(cè)設(shè)備將輸出η個(gè)脈沖，根據(jù)瞬時(shí)扭振角速度計(jì)算公式計(jì)算任意點(diǎn)處的瞬時(shí)扭振角速度X⑴，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖法測(cè)量時(shí)周期性誤差的方法，其特征在于:所述的步驟B中，在進(jìn)行高頻計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)，信號(hào)采樣時(shí)間為轉(zhuǎn)動(dòng)周期的10倍以上；高頻計(jì)數(shù)器的晶振頻率≥20MHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖法測(cè)量時(shí)周期性誤差的方法，其特征在于:所述的設(shè)置有采樣點(diǎn)的標(biāo)示裝置采用齒輪盤，與齒輪盤配套的檢測(cè)設(shè)備采用渦流傳感器或磁阻傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減小旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振信號(hào)脈沖法測(cè)量時(shí)周期性誤差的方法，其特征在于:所述的設(shè)置有采樣點(diǎn)的標(biāo)示裝置采用黑、白反光條，與黑、白反光條配套的檢測(cè)設(shè)備采用激光或紅外形式的光電傳感器。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK104034407SQ201410255617
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】郭玉杰, 劉靜宇, 李明, 石峰, 張文濤, 張小科, 劉占輝, 羅劍斌, 盧一兵 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 河南恩湃高科集團(tuán)有限公司