[发明专利]基于静电传感器阵列和数据融合的转速测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于转速测量技术范围，特别涉及一种基于静电传感器阵列和数据融合的转速测量装置及方法。

背景技术

转速是反映旋转设备运行状况的重要参数之一。转速测量技术广泛应用于工业领域中发电机、电动机、离心机、机床主轴等旋转设备的试验运转及速度调节系统中。转速测量精度、实时性和可靠性是保障高速旋转设备正常运行的关键，因此，寻找一种精确、快速、经济的转速测量方法有着重要的现实意义。随着科学技术的进步，转速测量方法已经从过去的接触式测量、非接触式测量发展到现在的视频技术测量转速。但是，每种测量方法都存在其局限性。例如，机械式转速计测量精度不高，测量范围有限；光电式转速计容易受电磁干扰和转动干扰且易受到恶劣环境的影响；磁感应式转速计温度误差大，在结构上对旋转磁钢和铝盘的轴的对称性要求高；频闪式转速计测量时要求转速状态稳定，不适合高速测量。本发明提出的一种基于静电传感器阵列和数据融合技术的转速测量方法，是利用被测旋转物体与空气等介质的相对运动产生电荷转移，导致旋转物体表面积累静电荷，并在静电传感器阵列上产生感应电荷。通过静电传感器对感应电荷放大，经过信号调理、处理后，进行相关性分析、计算和数据融合，最后得到旋转设备的转速。此方法属于非接触式测量，避免了机械磨损，成本低，而且适用于恶劣的环境条件。特别是在相对高转速情况下，可以快速、准确地测量转速。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于静电传感器阵列和数据融合的转速测量装置及方法。

一种基于静电传感器阵列和数据融合的转速测量装置，其特征在于，所述静电传感器阵列和数据融合的转速测量装置的组成：静电传感器1均匀分布在被测旋转部件边缘外围组成静电传感器阵列，感应所在位置处旋转部件的转动信息；每个静电传感器1表面涂覆电极绝缘材料3，由电极绝缘材料3与金属屏蔽壳4绝缘；每个静电传感器1的输出都通过信号线与信号调理单元5连接，信号调理单元5通过信号处理单元6与微处理器系统7连接。

所述信号处理单元6的输出连接至微处理器系统7的互相关分析模块连接；

所述微处理器系统7包括串联的互相关分析模块、转速计算模块和数据融合模块；

所述静电传感器为细条状的静电电极，在转轴截面转动方向，电极宽度取决于被测旋转部件的尺寸和所采用静电电极个数，取值为1-5mm；在转轴的轴向，电极长度为10-30mm。

所述静电传感器阵列根据被测旋转部件大小差异、转速测量精度高低相应的调整静电电极个数为2至8个电极，2至8个静电电极足以满多种应用场合。

所述细条状静电电极由不锈钢或铜片制成，电极绝缘材料由聚氯乙烯、环氧树脂或聚基酰胺制成。

所述金属屏蔽壳由不锈钢或铜制成，并将全部电极屏蔽，防止外界因素对静电传感器阵列的干扰。

一种静电传感器阵列和数据融合的转速测量装置的转速测量方法，其特征在于，利用静电传感器阵列感应所在位置处旋转部件的转动信息，该转动信息代表着不同位置的静电信号，静电信号通过信号调理单元5进行放大、滤波后，经信号处理单元6送入微处理器系统7，由互相关分析模块、转速计算模块和数据融合模块对静电信号进行多路相关分析、转速计算并进行数据融合，最终得到被测旋转部件的转速，其中，当静电传感器阵列的静电电极个数为n时，信号多路相关分析计算转速模型如下： 

RPM=60v‾nL---(1)]]>