[发明专利]一种基于声音的高速交流涡轮风机速度检测方法

说明书

本发明公开了一种基于声音的高速交流涡轮风机速度检测方法。首先启动涡轮风机，使用带有录音功能的设备靠近电机录制电机转动的声音，并保存为音频文件。其次在Matlab中将音频文件转换为.mat格式的音频数据，音频数据包含左、右两个通道的数据，并采用低通滤波器对两个通道的音频数据进行数字滤波。然后对滤波后的两个通道音频数据进行相加，并进行FFT分析，获得音频数据的幅频特性图。最后在幅频特性图中寻找幅值的最大值，最大值对应的频率即为电机的供电频率，根据电机供电频率和电机极对数计算出转速。本发明仅需一个具有录音功能的设备和数字信号分析软件，即可快速便捷地完成高速交流涡轮风机测速。

技术领域

本发明属于交流电机速度检测技术，特别涉及一种基于声音的高速交流涡轮风机速度检测方法。

背景技术

目前，测量交流电机转速的方法主要有两种，一是通过电机内部的传感器测量，二是通过电机外部的转速测量仪测量。传感器测量主要采用霍尔传感器或者光电编码器，此方法主要为电机控制器反馈实时的位置信号，然后由控制器计算电机转速，在设备调试阶段可以通过上位机软件实时查看控制器计算的电机转速，然而在设备开发完成之后一般不能实时查看控制器中的转速信息。

转速测量仪主要通过电机转轴来测量电机转速，分为接触式和光电式。接触式转速测量仪将电机转轴与测量仪转轴接触，测量仪转轴随电机转轴转动，电机的转速信息传递给转速测量仪，由转速测量仪中的传感器计算出电机转速；光电式转速测量仪首先要在电机转轴上贴一块反光条，然后光电式转速测量仪发出红外信号静止照射转动的电机转轴，通过计算反光条反射的时间间隔来计算电机转速。

上述两种电机转速测量方法均以电机转轴为载体。第一种首先需要将位置传感器安装在转轴上，然后传感器根据电机速度发出不同频率的脉冲信号，最后由控制器根据传感器脉冲信号的数量和时间计算转速。第二种方法首先需要在电机转轴上贴反光条，然后向反光条发射红外信号，最后测量红外信号的返回时间来计算转速。然而，在一些电机设备中，电机可能被封装在设备内部，外部无法获取控制器信息，电机转轴通常也不会暴露在外面，所以上述两种测量转速的方法不再适用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于声音的高速交流涡轮风机速度检测方法。交流电机声音信号中存在供电频率的信息，通过供电频率和电机极对数可以计算出电机转速，根据此原理来计算转速的总体过程为：首先录制电机运行时的声音信号，其次对声音数据进行提取和滤波，通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)得到滤波后声音数据的幅频特性，然后在找出幅值最大的频率点，此频率点即为供电频率，最后通过供电频率和电机极对数计算出电机转速。

本发明具体步骤如下：

步骤1：启动涡轮风机，使用带有录音功能的设备靠近电机，录制电机转动的声音，并将录制的声音保存为音频文件。

步骤2：为了对音频文件进行频域的分析，在Matlab中将步骤1中的音频文件转换为.mat格式的音频数据，转换后的音频数据包含左、右两个通道的音频数据。

步骤3：采用低通滤波器对步骤2中两个通道的音频数据进行数字滤波，并保存滤波后的音频数据。

步骤4：对步骤3中滤波后的两个通道音频数据进行相加，并进行FFT分析，获得音频数据的幅频特性图。

步骤5：在步骤4中幅频特性图中寻找幅值的最大值，最大值对应的频率即为电机的供电频率。

步骤6：根据步骤5中的电机供电频率和电机极对数计算出转速。

本发明的优点在于：

(1)不需要外接速度传感器，例如霍尔传感器或光电编码器。

(2)不需要利用电机的任何部件，例如接触式或光电式转速测量仪需要利用电机的转轴来测量转速。