[实用新型]一种基于双正弦变密度条纹的转速测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器视觉测量转动技术领域，特别是涉及一种基于双正弦变密度条纹的转轴转角传感和转速测量装置。

背景技术

对转轴瞬时转角和转速的快速、连续和准确地测量对于旋转机械的状态监测、故障诊断和速度控制具有非常重要的作用和意义。如发电机、泵和电机等转动设备的转轴的转速测量；这类转动设备的状态可以通过测量的转轴的转动参数获得并可用于机器的状态监测和故障诊断。目前转速测量技术大体可分为两类：模拟式转速计和数字式转速计。模拟式转速计主要是将转速信息转换成为模拟信号或者其他类型对应比例的信号，模拟式转速计常应用于反馈回路中以精确控制转速。而数字式转速计相对于模拟式转速计一般不需要数模转化器。该类转速测量计主要通过不同的物理原理的编码器实现转速的测量，如光学编码器、磁场编码器、电磁编码器和霍尔编码器等。编码器的选择主要通过具体使用场合和测量精度要求来进行选择。

近年来，随着图像传感器制造技术的进步，基于机器视觉的振动和转速测量技术也快速发展。这种技术具有高效率、非接触，并且不引入附加质量的特点。许多研究学者采用一些高对比度的黑白图案或者编码图形来标记一些大的结构，然后采用图像传感器进行实时成像，以实现对一些大结构的转角测量。这些方法主要是通过不同图像帧模板图像的特征匹配和跟踪算法来获得结构的转角信息，测量速度和精度很大程度上取决于图像匹配算法的速度和准确度。而且在进行图像采集时需要将测量对象整个测量面内的图像信息进行采集，才能进行局部特征信号的跟踪匹配。大范围的图像采集不仅会使得采集系统负担加重，而且对图像信号的传输速率也提出了比较高的要求。

因此，在对现有转速测量方法进行了解和研究的基础上，设计出一种独特的双正弦变密度条纹以实现对转轴转角和转速精确、简单和高效的非接触式测量，该种方法可以在不增加基于机器视觉的测量系统硬件成本的情况下实现转轴转角和转速的实时测量。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于双正弦变密度条纹的转速测量装置，该装置和方法可实现对转轴转速的非接触测量，测量装置简单，速度快，精度高。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于双正弦变密度条纹的转速测量装置，包括：

一双正弦变密度条纹传感器，包覆于待测转轴圆周表面，用以编码所述待测转轴的转角信息；

一条纹图像采集和传输模块，用以对所述待测转轴表面的双正弦变密度条纹传感器进行连续采集记录，并将采集到的条纹图像信号进行传输；所述条纹图像采集和传输模块包括条纹成像传感器、光学镜头、成像控制系统和传输系统；

一计算机，用以对所述条纹图像采集和传输模块进行控制，并对经传输系统传输到计算机的条纹图像信号进行存储和处理；

一条纹图像处理软件模块，设置于所述计算机中，用以对所述的条纹图像信号进行处理，计算转轴的时域转角和转速曲线。

所述双正弦变密度条纹传感器为轻质贴片，所述双正弦变密度条纹传感器轻质贴片的正面为条纹图像，背面为粘性层，环贴于所述待测转轴的圆周表面。

所述双正弦变密度条纹传感器为轻质圆形套筒，所述双正弦变密度条纹传感器套筒的外圆周表面为条纹图像，套筒内径与所述待测转轴的直径相等，套筒套设于所述待测转轴上。

所述双正弦变密度条纹传感器的形状为长方形，所述长方形的宽度方向为所述双正弦变密度条纹传感器表面条纹图像的条纹密度变化方向，所述宽度与所测转轴的周长相等。

所述双正弦变密度条纹传感器表面的条纹图像沿所述长方形的长度方向分为左右两侧条纹，左右两侧条纹的条纹密度沿宽度方向都按正弦函数变化，右侧条纹的密度变化曲线相对于左侧条纹密度变化曲线相位滞后π/2。

包覆于转轴表面的所述双正弦变密度条纹传感器的左右两侧的条纹密度组合与转轴0-360度转角的不同角度一一对应，通过计算左右两侧条纹密度获得转轴转角信息。

条纹图像采集模块的采集帧率和成像传感器采集像素范围能够调节，条纹图像采集模块放置于包覆在待测转轴上的双正弦变密度条纹传感器的长度方向的中央且与转轴轴心垂直的正前方，以使所述双正弦变密度条纹传感器能够清晰成像于所述条纹图像采集模块的成像传感器中间位置。

所述条纹成像传感器为面阵成像传感器或线阵成像传感器。

本实用新型通过以下方法实现，该方法包括以下步骤：