本文關鍵詞：基于光電池線陣對的瞬時轉速遙測原理及特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：旋轉機械是一種廣泛存在的機械結構形式,如輪船的螺旋槳、武器執(zhí)行機構的瞄準及跟蹤裝置、各類加工機床的傳動鏈等。旋轉參量如轉速、角位移和角加速度等是確定這些轉動裝置或旋轉系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運動特性的重要參數(shù)。通過精確測量瞬時角速度,可以了解旋轉系統(tǒng)的工作狀態(tài)和性能,判斷它們的運動特性,提高其運動過程控制的準確性,還可用于獲取故障信息而用于系統(tǒng)的故障診斷等。因此角速度的準確測量具有極重要的意義,在機械檢測技術中具有廣泛的應用。針對目前轉速傳感器普遍存在的、需附加額外標記或同軸安裝精密分度盤的不足,本文基于空間濾波技術,提出了用一對光電池線陣來遙測轉速的方法,研究了該轉速傳感方法的基本原理,分析了該傳感方法的特性。在闡述了國內(nèi)外轉速測量的研究現(xiàn)狀后,介紹了空間濾波測速技術的發(fā)展歷史、技術特點及應用范圍;詳細介紹了基于空間濾波技術的角速度傳感原理,即用多個光電池構成兩個光電池線陣,該兩個光電池線陣平行排列且相距一定距離構成空間濾波轉速傳感器。該空間濾波轉速傳感器兼有空間濾波和光電轉換的作用,可用于被測體轉速量值及旋轉方向的傳感。提出了空間濾波轉速遙測中基于中心頻率相對變化比值的旋轉中心定位法和基于頻譜峰值相對變化的旋轉中心定位法�；谥行念l率相對變化比值的旋轉中心定位法是利用差分空間濾波轉速傳感器輸出信號的兩個中心頻率f_1、f_2及其變化計算系數(shù)j,由j值符號、f_1與f_2的相對大小來確定旋轉中心成像點的位置區(qū)域。基于頻譜峰值相對變化的旋轉中心定位法是將差分空間濾波轉速傳感器輸出的兩路信號相加得到一個混合信號,用快速傅里葉變換(FFT)求取該混合信號的頻譜分布;待轉速平穩(wěn)時沿徑向移動該傳感器一段距離,再次用FFT計算得到混合信號的頻譜分布;根據(jù)移動前后混合信號的頻譜分布中兩個主峰值的移動趨勢可判定出被測體旋轉中心的位置區(qū)域。解決了空間濾波轉速遙測中旋轉中心位置區(qū)域辨識的問題。提出了空間濾波轉速遙測中基于功率譜的旋轉方向辨識法和基于微分相位的旋轉方向辨識法�；诠β首V的旋轉方向辨識法是利用占空比為1/2的空間濾波器輸出的兩路信號的功率譜密度互為共軛的特點,得到兩個線速度方向判別系數(shù)d_1、d_2。根據(jù)d_1、d_2的符號及f_1與f_2的大小關系,可同時判斷出被測旋轉體的轉向及旋轉中心的位置區(qū)域�；谖⒎窒辔坏男D方向辨識法是對基于功率譜的旋轉方向辨識法的進一步改進,即用多個光電池構成一個占空比為1/4的復差分空間濾波轉速傳感器,并根據(jù)單個復差分空間濾波器輸出的兩路非平穩(wěn)窄帶信號正交的特點,計算得到一個與復差分空間濾波器處圖像的線速度方向有關的相位微分值;由復差分空間濾波轉速傳感器輸出的四路信號計算得到兩個相位微分值D_1、D_2。根據(jù)D_1、D_2的符號及f_1與f_2的大小關系,可同時判斷出被測體的瞬時旋轉方向及旋轉中心位置區(qū)域。解決了空間濾波轉速遙測中轉速方向判別的問題。分析了透射函數(shù)和空間周期數(shù)對空間濾波器性能的影響、空間占空比Δ對空間濾波信號頻譜的影響。結果表明,空間周期數(shù)、占空比不同時,空間濾波器輸出的信號具有不同的幅值及相位特點。此外,還分析了光學系統(tǒng)放大倍數(shù)的波動、傳感器的安裝偏心、被測體的軸向竄動和徑向晃動對轉速測量值的影響。結果表明,該轉速傳感方法不需要安裝任何基準分度盤,且傳感器的安裝偏心、被測體的軸向竄動,被測體的徑向晃動及平移等均不影響轉速值的傳感測量。分析驗證了本文提出的兩種旋轉中心定位法的正確性及其適應條件,結果表明:在轉速相對平穩(wěn)時,所提出的兩種旋轉中心定位法能有效辨識出被測體旋轉中心的位置區(qū)域。驗證了本文提出的兩種旋轉方向辨識法的正確性;結果表明,基于功率譜的旋轉方向辨識法計算量小、應用方便,可有效用于被測體旋轉方向的辨識;基于微分相位的旋轉方向辨識法實時性強、靈活性好,能快速準確的辨識被測體的瞬時轉速方向。基于光電池線陣對的轉速傳感方法,可實現(xiàn)自分度非接觸轉速傳感及其方向辨識,系統(tǒng)簡便,環(huán)境適應性強,克服了傳統(tǒng)轉速傳感方法中需同軸安裝精密分度盤或基準標尺的問題,解決了空間濾波角速度傳感中旋轉方向難以實時辨別的難題,為固體轉速或液氣態(tài)物旋渦流速的測量建立了一個普適性強的檢測方法,具有良好的應用前景。
【關鍵詞】：光電池線陣對 雙差分空間濾波器 轉速遙測 旋轉方向辨識 特性分析
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH133;TN713;TP212
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題背景及研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 機械式轉速測量法13-14
• 1.2.2 磁電式轉速測量法14-15
• 1.2.3 光學式轉速測量法15-16
• 1.3 空間濾波測速中的方向辨識16-18
• 1.4 研究內(nèi)容18-20
• 第2章 基于光電池線陣對的速度遙測原理20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 空間濾波線速度測量原理20-26
• 2.2.1 被測體表面反射光分析20-21
• 2.2.2 光學棱鏡系統(tǒng)透射函數(shù)分析21-23
• 2.2.3 基于光電池線陣列的線速度測量原理23-26
• 2.3 基于光電池線陣對的轉速值傳感原理26-30
• 2.3.1 基于光電池線陣對的轉速傳感器26
• 2.3.2 轉速傳感原理26-30
• 2.4 本章小結30-32
• 第3章 空間濾波轉速遙測中的旋轉中心定位及旋轉方向辨識32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 轉速遙測中的旋轉中心定位32-37
• 3.2.1 基于中心頻率相對變化比值的旋轉中心定位法32-34
• 3.2.2 基于頻譜峰值相對變化的旋轉中心定位法34-36
• 3.2.3 旋轉中心定位法存在的問題36-37
• 3.3 基于功率譜的旋轉方向辨識37-41
• 3.3.1 非差分型轉速傳感器37-38
• 3.3.2 方向判別系數(shù)38-40
• 3.3.3 旋轉方向辨識40-41
• 3.4 基于微分相位的旋轉方向辨識41-45
• 3.4.1 復差分空間濾波轉速傳感器41-43
• 3.4.2 微分相位43-44
• 3.4.3 旋轉方向辨識44-45
• 3.5 本章小結45-48
• 第4章 基于光電池線陣對的轉速遙測特性分析48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 空間濾波信號的頻譜特性及其優(yōu)化48-52
• 4.2.1 透射函數(shù)與空間周期數(shù)48-49
• 4.2.2 空間占空比49-50
• 4.2.3 中心頻率提取方法50-52
• 4.2.3.1 常用中心頻率提取法的對比50-52
• 4.2.3.2 用傅里葉變換獲取中心頻率時的轉速測量分辨率52
• 4.3 轉速值測量的誤差源分析52-56
• 4.3.1 軸向竄動的影響53-54
• 4.3.2 徑向晃動的影響54-56
• 4.4 本章小結56-58
• 第5章 基于光電池線陣對的轉速遙測系統(tǒng)及驗證58-76
• 5.1 引言58
• 5.2 空間濾波轉速遙測系統(tǒng)58-62
• 5.2.1 光電池線陣輸出模擬信號的處理60-62
• 5.2.1.1 準正弦信號提取電路60-61
• 5.2.1.2 信號處理電路61-62
• 5.3 旋轉中心定位法的驗證62-67
• 5.3.1 基于中心頻率相對變化比值的旋轉中心定位法的驗證62-64
• 5.3.2 基于頻譜峰值相對變化的旋轉中心定位法的驗證64-67
• 5.4 轉速值及方向的驗證67-73
• 5.4.1 基于功率譜的旋轉方向辨識法的驗證67-70
• 5.4.2 基于微分相位的旋轉方向辨識法的驗證70-73
• 5.5 本章小結73-76
• 第6章 總結與展望76-80
• 6.1 工作總結76-77
• 6.2 本文創(chuàng)新點77-78
• 6.3 展望78-80
• 致謝80-82
• 參考文獻82-86
• 附錄86-87

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  本文關鍵詞：基于光電池線陣對的瞬時轉速遙測原理及特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：344630