【摘 要】
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旋转机械是工业生产、生活中不可或缺的一部分,如风力发电机械的扇叶装置,工业机械中的齿轮传动装置,传动链等转动机械。速度与位移等运动参量是可以体现运动系统工作状态、运动特性及性能的重要参数。通过测量速度与位移可提取故障信息用于系统的故障检测,提高机械运动的准确性。旋转机械通常与其他机械共同协同工作,因此在测量时,应减少安装额外测量器械来减少对其正常工作的影响。目前常见的位移传感方式普遍存在需要对被测
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旋转机械是工业生产、生活中不可或缺的一部分,如风力发电机械的扇叶装置,工业机械中的齿轮传动装置,传动链等转动机械。速度与位移等运动参量是可以体现运动系统工作状态、运动特性及性能的重要参数。通过测量速度与位移可提取故障信息用于系统的故障检测,提高机械运动的准确性。旋转机械通常与其他机械共同协同工作,因此在测量时,应减少安装额外测量器械来减少对其正常工作的影响。目前常见的位移传感方式普遍存在需要对被测体进行分度盘的安装,易受环境影响,对光源要求高的问题。空间滤波法测量不受到上述问题的限制,但现有的空间滤波法用于角速度与角位移传感中还存在着信号缺失的问题,它以线速度为基础间接得到角速度与角位移,在此过程存在测量的不确定性和测量误差。本课题利用空间滤波理论,进行基于环形空间滤波器的角速度、角位移测量系统的研究。本论文主要内容包括:在阐述了位移测量的国内外研究现状后,介绍空间滤波法应用于运动参数测量的发展历程及优势,然后对空间滤波法测量位移的传感原理进行了分析。在空间滤波器的研究中,对空间滤波器的功率谱密度函数进行分析,在MATLAB中对传感过程进行仿真并获取传感信号,仿真分析验证了环行空间滤波位移传感的原理和特性;通过该方法对环形结构的空间滤波器与平行空间滤波器的输出信号进行了对比仿真验证,并对不同结构参数的空间滤波器进行仿真产生传感信号,其中不同空间占空比对空间滤波测量信号的影响是巨大的。同时,对信号中心频率提取的方法与方向辨别的方法进行分析研究。用硅光电池组制作了环形空间滤波传感器,设计、制作和调试建立了环形空间滤波位移测量系统,包括光学透镜成像系统、空间滤波传感器、信号获取与预处理电路(含I-V转换、差分去近直流基底分量电路、低通滤波电路等),基于STM32的数据采集、处理、存储与传输子系统,以及基于Lab VIEW的上位机显示与采集系统等。通过所建立的环形空间滤波位移实验系统,对运动物体的角速度、角位移进行了实际测试,验证了环形空间滤波位移传感系统的原理和可行性。该位移测量实验系统可实现对信号波形的显示与信号数据的采集,在上位机中显示位移系统的测量结果;通过观察所采集信号的形态、信号频谱的分布带宽和集中度,以及与实际运动参数的对比测试,表明了环形空间滤波传感信号具有良好的窄带性特点,测量结果具有很高的准确性,验证了基于空间滤波的信号中心频率提取法、位移传感测量方法的可行性。
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