一種往復(fù)式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及往復(fù)式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及制冷系統(tǒng)、壓力測(cè) 量、高速數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓縮機(jī)作為制冷系統(tǒng)的核心部件，其技術(shù)性指標(biāo)直接影響著整個(gè)制冷系統(tǒng)的性 能，而壓縮機(jī)的運(yùn)行本質(zhì)上是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速影響著制冷系統(tǒng)的制 冷量、效能比以及功耗、吸排氣壓力等，因此壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。
[0003] 目前小型制冷壓縮機(jī)都是全封閉型的，傳統(tǒng)的測(cè)量方法存在一定的缺陷。其中直 接法，采用在壓縮機(jī)內(nèi)部裝傳感器來測(cè)轉(zhuǎn)速，但這無疑會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成一定的損傷，不符合 測(cè)量的原則；另一種是間接法，目前主要有測(cè)壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率和壓縮機(jī)電流，前者由于壓 縮機(jī)運(yùn)行的同時(shí)有其他接近壓縮機(jī)振動(dòng)的頻率干擾，不易分辨，后者在測(cè)量裝置和精度上 有一定的局限性。在往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)中，排氣壓力隨著活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生周期性變 化，本發(fā)明基于壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)排氣壓力周期性變化，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行精確 轉(zhuǎn)速測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是精確測(cè)量往復(fù)式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。為解決此技術(shù)問 題，本發(fā)明采用一種往復(fù)式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，包括如下步驟： (1) 排氣壓力信號(hào)的采集：在往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣口安裝壓力傳感器，同時(shí)采用高速數(shù) 據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)高速A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)； (2) 信號(hào)預(yù)處理：對(duì)高速A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)采用濾波器濾波；濾波后消除多項(xiàng)式趨勢(shì) 項(xiàng)； (3) 信號(hào)分析：前期的數(shù)據(jù)預(yù)處理后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，提取壓力信號(hào)的頻率。
[0005] 進(jìn)一步的，步驟（3)中采用線性調(diào)頻Z變換處理信號(hào)，對(duì)頻譜的局部細(xì)化。
[0006] 進(jìn)一步的，Chip-Z變換是沿Z平面上的一段螺線作等角抽樣，用來計(jì)算單位圓上 任一段曲線的Z變換，作DFT時(shí)輸入的點(diǎn)數(shù)N和輸出的點(diǎn)數(shù)M可以不相等，從而達(dá)到頻譜細(xì) 化的目的，其中 Fczt=^ N Fczt------線性調(diào)頻z變換的頻譜分辨率 fw-------待觀測(cè)的頻譜范圍 N-------變換點(diǎn)數(shù) 得到信號(hào)的具體的頻率值f，再乘以60,即得到了壓縮機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
[0007] 有益效果： (1)排氣壓力反應(yīng)轉(zhuǎn)速大小，這是比較直接的測(cè)量，避免了中間誤差。
[0008] (2)相比采用FFT的電流測(cè)量，在精度上大大提高。
[0009] (3)裝置簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。
[0010] (4)不僅僅適用于小型制冷壓縮機(jī)，只要是往復(fù)式壓縮機(jī)都可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，應(yīng)用性 廣。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)示意圖； 圖中各附圖標(biāo)記含義：1-制冷壓縮機(jī)，2-壓力傳感器，3-排氣壓力表，4-冷凝器，5-蒸 發(fā)器，6-吸氣壓力表。
[0012] 圖2是本發(fā)明所用的可拆卸壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是采集到的排氣壓力信號(hào)； 圖4是排氣壓力信號(hào)的頻譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參 照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā) 明的范圍。
[0014] 本發(fā)明的往復(fù)式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，步驟如下： (1)排氣壓力信號(hào)的采集：本發(fā)明的硬件部分主要是在往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣口安裝壓 力傳感器，同時(shí)采用高速數(shù)據(jù)采集卡。軟件部分是基于上位機(jī)編程軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)高 速A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)。（2)信號(hào)預(yù)處理：由于采集到數(shù)據(jù)混有各種高頻信號(hào)以及外界 隨機(jī)干擾信號(hào)，所以在進(jìn)行信號(hào)分析之前有必要進(jìn)行預(yù)處理。首先是濾波：壓縮機(jī)正常轉(zhuǎn)速 在3000r/min左右，反應(yīng)在排氣壓力脈動(dòng)上的頻率是在50hz左右，采用濾波器。然后是消 除多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng)：壓縮機(jī)的運(yùn)行是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，某些時(shí)刻會(huì)偏離基準(zhǔn)壓力，多項(xiàng)式趨勢(shì) 項(xiàng)的消除有利于后期的信號(hào)分析。
[0015] (3)信號(hào)分析：前期的數(shù)據(jù)處理后就要對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，本發(fā)明主要是要提取壓力 信號(hào)的頻率，在信號(hào)處理中，在時(shí)域上往往看不出信號(hào)的某些特性，而在頻域上卻能夠顯而 易見，傳統(tǒng)的快速傅里葉變換（FFT)是頻譜分析最常用的方法，但它存在柵欄效應(yīng)，對(duì)于本 測(cè)試中采樣數(shù)較大且是高速采集的情況下會(huì)導(dǎo)致頻率分辨率較大，因此精確性不高。本發(fā) 明采用線性調(diào)頻Z變換處理信號(hào)，它是對(duì)頻譜的局部"細(xì)化"，能夠看到快速傅里葉變換看 不到的頻率信號(hào)。Chip-Z變換是沿Z平面上的一段螺線作等角抽樣，可以用來計(jì)算單位圓 上任一段曲線的Z變換，作DFT時(shí)輸入的點(diǎn)數(shù)N和輸出的點(diǎn)數(shù)M可以不相等，從而達(dá)到頻譜 細(xì)化的目的。與FFT相比，chirp-z變換的頻譜更加準(zhǔn)確，精度更高，但會(huì)增加處理的時(shí)間。
[0016] Fczt=藝 雜 Fczt------線性調(diào)頻z變換的頻譜分辨率 fw-------待觀測(cè)的頻譜范圍 N-------變換點(diǎn)數(shù) 得到信號(hào)的具體的頻率值f，再乘以60,即得到了壓縮機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，最后通過 Iabview前面板顯示出來。 實(shí)施例
[0017] 本發(fā)明由測(cè)試硬件部分和軟件部分組成。硬件部分包括小型往復(fù)式制冷壓縮機(jī)， 研華高速采集卡PCI-1715U，GY403型壓力傳感器，研華工控機(jī)。軟件部分由LABVIEW圖形 化開發(fā)軟件編寫，由于需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此在Iabview編程中加入MATLAB腳本方便 快速運(yùn)算，測(cè)試軟件主要由數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、結(jié)果顯示組成。LabVIEW是一種用圖表代 替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，它改變了傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的 先后順序決定程序的執(zhí)行順序，采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決 定了程序的執(zhí)行順序，它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向LabVIEW提供很多外觀與 傳統(tǒng)儀器類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。
[0018] 本發(fā)明的具體步驟如下： 首先，搭建好硬件系統(tǒng)如圖1，特別是傳感器的安裝（圖2)，并調(diào)整吸排氣壓力使之達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)工況，系統(tǒng)開始工作。
[0019] 通過研華PCI-1715U高速數(shù)據(jù)采集卡將排氣壓力的電壓信號(hào)進(jìn)行高速A/D轉(zhuǎn)換， 并將轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，得到的信號(hào)如圖3所示。
[0020] 如圖4所示，然后利用Iabview軟件與MATLAB軟件進(jìn)行混合編程對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處 理及線性調(diào)頻Z變換，線性調(diào)頻Z變換是對(duì)頻譜的局部"細(xì)化"，能夠看到快速傅里葉變換 (FFT)看不到的頻率信號(hào)，精確性較高，從而得到排氣壓力信號(hào)的頻率f，頻率乘以60即為 實(shí)際轉(zhuǎn)速，最后在Iabview前面板上顯示測(cè)量值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種往復(fù)式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，包括如下步驟： (1) 排氣壓力信號(hào)的采集：在往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣口安裝壓力傳感器，同時(shí)采用高速數(shù) 據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)高速A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)； (2) 信號(hào)預(yù)處理：對(duì)高速A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)采用濾波器濾波；濾波后消除多項(xiàng)式趨勢(shì) 項(xiàng)； (3) 信號(hào)分析：前期的數(shù)據(jù)預(yù)處理后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，提取壓力信號(hào)的頻率。2. 如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，其特征在于：步驟（3)中采 用線性調(diào)頻Z變換處理信號(hào)，對(duì)頻譜的局部細(xì)化。3. 如權(quán)利要求2所述的往復(fù)式制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，其特征在于=Chip-Z變換 是沿Z平面上的一段螺線作等角抽樣，用來計(jì)算單位圓上任一段曲線的Z變換，作DFT時(shí)輸 入的點(diǎn)數(shù)N和輸出的點(diǎn)數(shù)M可以不相等，從而達(dá)到頻譜細(xì)化的目的，其中Fczt------線性調(diào)頻z變換的頻譜分辨率 fw-------待觀測(cè)的頻譜范圍 N-------變換點(diǎn)數(shù) 得到信號(hào)的具體的頻率值f，再乘以60,即得到了壓縮機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種往復(fù)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，包括如下步驟：（1）排氣壓力信號(hào)的采集：在往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣口安裝壓力傳感器，同時(shí)采用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)高速A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)；（2）信號(hào)預(yù)處理：對(duì)高速A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)采用濾波器濾波；濾波后消除多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng)；3）信號(hào)分析：前期的數(shù)據(jù)預(yù)處理后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，提取壓力信號(hào)的頻率。本發(fā)明的有益效果是：（1）排氣壓力反應(yīng)轉(zhuǎn)速大小，這是比較直接的測(cè)量，避免了中間誤差。（2）相比采用FFT的電流測(cè)量，在精度上大大提高。（3）裝置簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。（4）不僅僅適用于小型制冷壓縮機(jī)，只要是往復(fù)式壓縮機(jī)都可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，應(yīng)用性廣。
【IPC分類】G01P3/26
【公開號(hào)】CN105158494
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510476674
【發(fā)明人】顧江萍, 金華強(qiáng), 熊奇, 黃躍進(jìn), 徐鳴, 沈希
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月6日