[发明专利]基于正弦波纹上光的折射原理的转轮转速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速转轮转速测量方法，尤其涉及一种对于瞬时转轮转速测量要求较高的领域。

背景技术

转速是传动系统中极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对转速进行测量,转速测量的精度很大程度上直接影响系统的控制情况,只有对转速的高精度检测才能实现控制系统的高精度，它是关系测控效果的一个非常重要的因素。

目前测量转速的方法主要有四种：机械式、电磁式、光电式和激光式。（一）机械式主要利用离心力原理，通过一个随轴转动的固定质量重锤带动自由轴套上下运动，根据不同转速对应不同轴套位置获得测量结果原理简单直接，测量精度不高。（二）电磁式系统由电磁传感器和安装在轴上的齿盘组成，主轴转动带动齿盘旋转，齿牙通过传感器时引起电路磁阻变化，经过放大整形后形成脉冲，通过脉冲得到转速值。由于受齿盘加工精度、齿牙最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制，测量不能保证连续性，对于高精度的转速测量，测量精度不能保证。（三）光电式结构类似于电磁式结构，把旋转齿盘换作光电编码盘或黑白相间的反射条纹，把电磁传感器换作光电接收器，通过对反射回来的光脉冲信号计数得到测量结果，所测转速值和电磁式一样为两个计数脉冲间距的平均值，转速测量不连续，测量精度不能保证。（四）激光测速技术(LDV)是一种正在发展中的测速技术，通过激光多普勒效应获得转动体的瞬时角速度，理论上具有很高的瞬时转速测量精度，但目前实际产品精度不够高，并且价格昂贵，在实际使用上受到限制。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种连续测量转速，提高瞬时转速测量精确性的基于正弦波纹上光的折射原理的转轮转速测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

基于正弦波纹上光的折射原理的转轮转速测量方法，该方法包括如下步骤：

（1）、在转轮内、距离转轮中心半径为R的圆周方向上连续均布有正弦波纹，正弦波纹周期T 满足                                               ，正弦波纹由折射率为N的玻璃制成，正弦波纹在轴向上的厚度为；

（2）、激光发射器从转轮的一端发射激光，激光从轴向上射入正弦波纹，经正弦波痕发生两次折射后，在转轮的另一端通过线性耦合器测出折射后的位移s；

（3）、通过下列公式计算出激光的入射角；

；

上式中：位移s由线性耦合器测出， 为正弦波纹在轴向上的厚度，N为玻璃的折射率，h为正弦波纹波峰与波谷之间的中点在轴向方向上到线性耦合器的距离，将s、、N和h带入上式计算激光的入射角；

（4）、计算转轮在时间间隔内的速度v；

在时刻由线性耦合器测得的位移为，由步骤（3）计算出时刻激光的入射角；在时刻由线性耦合器测得的位移为，由步骤（3）计算出时刻激光的入射角；时间间隔＝﹣；

由计算出时间间隔内的速度v；

（5）、由公式计算出转轮的转速，R为正弦波纹距离转轮中心的半径。

本发明的有益效果是：本发明利用光在正弦波纹上的折射原理，构建了偏移距离与转速的函数关系，通过任意时刻偏移距离的测量即可得到此时刻的瞬时转速，实现了瞬时转速测量的连续性，为转速的精确测量提供了一种更有效的方法，解决了现有技术中转速测量不连续的缺点。

附图说明

图1为在转轮内设置正弦波纹的结构示意图；

图2为图1中沿A—A方向的结构示意图；

图3为激光发射器发射激光在玻璃上发生二次折射的结构示意图；

图4为正弦波纹上二次折射法向量偏转的修正的坐标图；

图5为激光发射器与正弦波痕相向运动的坐标图；

图6为基于正弦波纹上光的折射原理的转轮转速测量系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

基于正弦波纹上光的折射原理的转轮转速测量方法，该方法包括如下步骤：

（1）、在转轮内、距离转轮中心半径为R的圆周方向上连续均布有正弦波纹，正弦波纹周期T 满足，如图1所示，正弦波纹由折射率为N的玻璃制成，正弦波纹在轴向上的厚度为。