[发明专利]一种轴扭转变形测试中消除振动噪声的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术，特别涉及一种轴扭转变形测试中消除振动噪声的方法。

背景技术

轴扭转变形可以反映轴材料特性、负载特性及安全性等许多信息，在机械工程中是一项基础但很关键的测试技术，其测试包括静态和动态测量两个方面。静态测量中主要是对材料的扭转力学性能进行测试；在动态测量方面，能够间接表征旋转动力机械设备的扭矩、功率等运行状况信息从而对设备的动力特性、运行可靠性进行监测和故障诊断。因此轴扭转变形是各种机械产品开发、质量检验、优化控制、工况监测和故障诊断等的重要内容。

实现轴扭转变形测量需要解决传感器、能量供给和信号传输三方面的问题。目前,国内外研制和开发的传感器种类很多,从原理上讲主要分为应变型、磁弹性型、转角型等。应变型是目前国内外使用最多的一种扭转变形传感器,它采用在旋转轴表面贴应变片的传统方法，利用适当的电路取得信号，然后进行分析处理，该类测试系统应用时需要妥善解决在旋转条件下的可靠供电和信号传输问题。磁弹性型和转角型因对制作、安装工艺要求高，目前在工业现场还很少获得应用。

经对现有技术的文献检索发现，文献“转轴扭角及扭振测试技术研究”（张晓玲; 唐锡宽，清华大学学报(自然科学版) ，1997年 08期  ）提出了采用编码器来测量轴的扭转角方法。测量由编码器发出的脉冲时间间隔可以获得在装置编码器轴断面处的角速度。比较轴两端断面的角速度，可得到扭转角速度和其它有关扭角和扭振信息。该文献提出了一种轴扭转变形测试的技术方案，但没有涉及因轴系旋转而引起振动噪声的处理问题。

经对现有技术的文献检索发现，文献“基于希尔伯特变换的扭振测量方法及其在齿轮故障诊断中的应用”（孙良环  太原理工大学硕士论文， 2005 ）提出了应用高精度光电编码器测取扭振信号，当扭振发生时，由于扭振信号对编码器输出的脉冲信号进行了频率调制而产生疏密变化，用希尔伯特变换对此信号进行解调就能得到扭振信号，并尝试了利用该扭振测量方法对齿轮进行故障诊断的研究。该文献侧重与对扭振信号的测试和分析，没有涉及扭转变形与振动信号的分离问题。

经对现有技术的文献检索发现。专利“用于测量织机摇轴扭振扭角的装置”（申请号：CN200710023899.9）公开了一种用于测量织机摇轴扭振扭角的装置，该装置用于测量并输出主轴角位移信号、摇轴中部的应变信号，具有分析摇轴的扭转角度和扭振大小的演算器。可以看出该专利技术主要是采用了编码器、倾角传感器和应变桥来测试角位移和应变，从而间接得到转速、摇轴转动惯量和摇轴的扭振之间的关系。该专利涉及的对象是角位移而不是轴扭转变形，也没有涉及振动噪声信号的处理问题。

发明内容

本发明是针对轴扭转变形动态变化性的问题，提出了一种轴扭转变形测试中消除振动噪声的方法，消除了振动对测试结果的影响，解决恶劣条件下高速转轴的扭转变形的动态实时测量问题，大大提高测量精度。

本发明的技术方案为：一种轴扭转变形测试中消除振动噪声的方法，通过在被测轴上沿轴向相距一定长度的位置设置等间距的反射栅，并在正对每个反射栅位置置一组激光光纤传感器组成一个测试通道，在与这组激光光纤传感器正交位置设置完全相同的另一组激光光纤传感器组成另外一个测试通道，工作时通过双通道同步采集存储获取包含转速和扭转变形信息，包括相位差在内的原始信号；然后分别对两路原始信号进行经验模态分解（EMD），得到包含不同类别信息的各阶本征模态函数（IMF），对两路信号各阶本征模态函数（IMF）的相关分析，提取反映特定载荷作用的本征模态函数（IMF），最后对该本征模态函数（IMF）取加权平均得到被测信息即轴扭转变形。

所述被测轴上沿轴向相距一定长度上设置等间距的反射栅，反射栅由反光和不反光的等宽条纹组成，沿圆周均匀排列。

所述对同步采集存储的两路原始信号分别进行经验模态分解（EMD）数据处理，是把一个时间序列的信号分解成若干不同尺度的本征模态函数(IMF)和一个残余量，各IMF 反映了信号的局部特性,残余量反映了信号的趋势或均值， 各IMF 要满足两个条件: 第一整个信号中零点数与极点数(包括极大值点和极小值点)相等，至多相差1； 第二信号上任意一点，由局部极大值点确定的包络线和由局部极小值点确定的包络线均值均为零，即信号关于时间轴局部对称。