一种转子转动频率测量方法及系统与流程

本发明涉及转子转动频率测量技术领域，具体为一种测量转动转子频率的方法以及系统。

背景技术：

由轴承支撑的旋转体称为转子，例如光盘等自身没有旋转轴的物体，当它采用刚性连接或附加轴时，可视为一个转子，转子是电动机的旋转部分。它由转轴、转子铁芯和转子绕组组成。而转子转动频率是社会生活、生产实际中特别重要的参数之一。

近年来，国内外各具特色的频率测量仪器层出不穷，目前普遍采用磁电式测频传感器来测量转频，其原理简单、安装要求低、测频精度高。然而，磁电式测频传感器存在诸多问题，如抗电磁干扰能力较差、耐压等级较低等。

由于光纤具有良好的绝缘特性和抗干扰能力，现在也有采用光纤传感器来进行测量和传输信号的，尤其适用于高压和强电磁干扰环境。然而，由于光纤材质的特殊性，光波会在发射光纤中有不同程度的损耗，部分光源会耦合到光纤中，造成了光源功率的不稳定，且反射面的反射率会在一定的范围内波动，使得接收光纤接收到的光信号不能完全反应待测转子转频信号，造成光纤传感器无法实现高精度微频率的测量。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种转子转动频率测量方法，以实现光纤传感器的高精度微频率的测量。

本发明提供基础方案之一是：一种转子转动频率测量方法，包括以下步骤：

步骤1)、激光光源向光纤探头发射激光；

步骤2)、光纤探头的发射光纤将接受到的激光发射到转子叶片上，激光在经过转子叶片叶尖表面的反射后进入到光纤的两组接收光纤得到反射激光；

步骤3)、两组反射激光分别进行光电转换后得到两组转换电压；

步骤4)、两组转换电压分别经过滤波放大后得到两组放大电压；

步骤5)、两组放大电压经过比除计算后得到两路电压的电压实时比值；

步骤6)、对该电压实时比值进行电压幅值修正和模拟滤波；

步骤7)、经过模拟滤波后的信号被dsp芯片内部的a/d转化模块转化为数字信号后，对该数字信号进行fir数字滤波和fft计算，得出输入电压的频率，并将该电压频率进行线性转换得出转子的转速；

步骤8)、上位机显示该转速。

本发明提供的测量方法，1.采用光纤探头作为拾取光信号的关键部件，利用比除计算有效的消除了发射率、光源耦合、光纤中二代光损耗因素的影响，保证了测量的准确；

2.对该电压实时比值进行电压幅值修正和模拟滤波后再利用dsp芯片对信号进行fir数字滤波和fft计算，使得测频结果更加精确可靠。

优选方案一：作为基础方案的优选，激光传递过程中，两组接收光纤内的光损耗一致。有益效果：让激光在两组接收光纤内的光损耗一致，避免了由于光损耗不一致而影响比除后的结果。

优选方案二：作为优选方案一的优选，步骤2)中发射光纤对正对转子叶片发射激光。有益效果：由于反射面的发射率会在一定的范围内拨动，而激光正对转子叶片发射，可以保证反射激光被能进入到接收光纤内进行传递。

为实现上述方法，本发明的目的之二在于提供一种转子转动频率测量系统，包括：包括激光光源，用于发射激光到光纤探头；

光纤探头，包括发射光纤和两组接收光纤，发射光纤将接收到的激光发射到待测转子叶片上，接收光纤用于接收经转子叶片反射后的反射激光；

前置电路，包括两组光电转换电路、两组滤波放大电路、除法电路和模拟信号调理模块，两组光电转换电路分别将两组接收光纤传递来的反射激光转换得到两组转换电压，两组转换电压再分别经过滤波放大电路后得到两组放大电压，除法电路对两组放大电压进行比除运算后得到两路电压的电压实时比值；模拟信号调理模块对该电压实时比值进行电压幅值修正和模拟滤波；

dsp芯片，用于对滤波后的信号进行数据处理：模拟滤波后的信号被dsp芯片内部的a/d转化模块转化为数字信号后，对该数字信号进行fir数字滤波和fft计算，得出输入电压的频率，并将该电压频率进行线性转换得出转速；

上位机，用于对得到的转动频率进行显示。

本发明提供的测量系统，相比现有的测量系统，1.利用dsp芯片对信号进行a/d转换后再进行fir数字滤波和fft计算，保证测频结果更加精确可靠；2.采用两组接收光纤结构，将两组光电转换得到的电压作比除后再进行信号处理，有效消除反射率、光源耦合、光纤中的光损耗等因素的影响，可实现高精度微频率的测量。

进一步，光纤探头的两组接收光纤以发射光纤为圆心同轴设置。采用同轴设置，可以保证光纤探头机构紧凑，体积小。

进一步，两组光纤采用同种光纤。同种光纤中的光损耗默认一致，因此可以默认进入到前置电路的激光不受光损耗的影响，保证了计算后的信号的精准。

附图说明

图1为本发明一种转子转动频率测量系统的结构框图；

图2为图1中光纤探头的截面图；

图3为实施例示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：激光光源1、光纤探头2、前置处理电路3、dsp芯片4、上位机5、发射光纤6、第一组接收光纤7、第二组接收光纤8、待测转子顶部机匣9、转子叶片10。

如图1所示的一种转子转动频率测量方法，包括以下步骤：

步骤1)、激光光源1向光纤探头2发射激光；

步骤2)、光纤探头2的发射光纤6将接受到的激光发射到转子叶片10上，激光在经过转子叶片10叶尖表面的反射后进入到光纤的两组同种的接收光纤得到反射激光；

步骤3)、两组反射激光分别经过光电转换电路进行光电转换后得到两组转换电压；

步骤4)、两组转换电压分别经过滤波放大电路经过滤波放大后得到两组放大电压；

步骤5)、两组放大电压经过除法电路后得到比除后的两路电压的电压实时比值；

步骤6)、模拟信号调理模块对电压实时比值进行电压幅值修正和模拟滤波；

步骤7)、经过模拟滤波后的信号被dsp芯片4内部的a/d转化模块转化为数字信号后，对该数字信号进行fir数字滤波和fft计算，得出输入电压的频率，并将该电压频率进行线性转换得出转速；

步骤8)、上位机5显示转换后的转速。

为了实现上述方法，提供的一种测量系统，包括：包括激光光源1，发射激光到光纤探头2；

光纤探头2，如图2所示，包括一根发射光纤6和两组接收光纤，每组包含六根光纤，第一组接收光纤7分布于发射光纤6的外侧，第二组接收光纤8分布于第一组接收光纤7的外侧，发射光纤6与第一组接收光纤7的任意一根光纤的距离为d，发射光纤6与第二组接收光纤8的光纤距离为发射光纤6将接收到的激光发射到待测转子叶片10上，接收光纤用于接收经转子叶片10反射后的反射激光；

前置电路，包括两组光电转换电路、两组滤波放大电路、除法电路和模拟信号调理模块，两组光电转换电路分别将两组接收光纤传递来的反射激光转换得到两组转换电压，两组转换电压再分别经过滤波放大电路后得到两组放大电压，除法电路对两组放大电压进行比除运算后得到两路电压的电压实时比值；模拟信号调理模块对该电压实时比值进行电压幅值修正和模拟滤波；

dsp芯片4，本发明中选用tms320f28335，其内部集成有68k*16bit的ram、256k*16bit的flash、16路12bit且最大采样速率12.5msps的a/d及16路pwm输出模块，用于对滤波后的信号进行数据处理：模拟滤波后的信号被dsp芯片4内部的a/d转化模块转化为数字信号后，对该数字信号进行fir数字滤波和fft计算，得出输入电压的频率，并将该电压频率进行线性转换得出转速；

如图3所示，测量时，先将光纤探头2安装在待测转子顶部的机匣处，并使得光纤的端面正对转子叶片10，激光光源1发出激光输入光纤探头2中的发射光纤6中，发射光纤6中的激光照射到叶尖表面后反射到光纤探头2中的两组接收光纤中，两组接收光纤分别进行光电转换得到转换电压，转换电压经滤波放大后再经过除法电路消除反射率、光源耦合、入射光纤中的光损耗等干扰因素，得到比除后的两路电压的电压实时比值；

模拟信号调理模块，包括限制电压幅值电路和低通滤波电路，对电压实时比值进行电压幅值修正和模拟滤波；

dsp芯片4对于上述滤波后的信号进行数据处理，处理方法为：dsp芯片4的内部的a/d转化模块转化为数字信号后，对该数字信号进行fir数字滤波和fft计算，得出输入电压的频率，即为转子叶片的转动频率，再将该电压频率进行线性转换即可得出转速；得出的转速通过lcd和pc上位机5进行显示。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。