一种基于多传感器的转轴扭振检测方法与装置与流程

本发明涉及轴扭振检测领域，尤其涉及一种基于多传感器的转轴扭振检测方法及装置。

背景技术：

发电、冶金、石化、交通等行业存在许多大型旋转设备，如汽轮机、燃气轮机、发电机、风机、压缩机、电机、泵等。在电网频率波动、负载波动、外界冲击、电机变频运行等各种因素的作用下，转轴上会产生扭转谐振。扭振幅度较大时，会导致轴系的扭转损坏。

扭转振动所诱发的故障具有很强的潜伏性和隐蔽性。故障初期扭振很难被发现，故障一旦进入中晚期，往往会导致大轴和叶片断裂等恶性事故的发生，故障危害和所造成的损失较大。扭振检测技术和装置对于保护设备的安全稳定运行非常重要。

目前扭振检测主要有以下几种方法：

1、间接测量法。在轴表面安装应变片，采用应变法测量轴脉动扭矩，然后由实测扭矩和轴系模型，计算得到轴系扭振。这是一种基于应变的扭振间接检测方法。

2、非接触式(脉冲法)。在转动轴上安装齿轮盘或均匀布置的磁钢片、反光条等，用电涡流式传感器或磁阻式传感器、光电式传感器对准齿轮盘、磁钢片、反光条等。转轴旋转过程中，传感器感受并输出系列脉冲信号。没有扭振时，脉冲信号间隔均匀。转轴出现扭振时，因为瞬时角速度不等，传感器输出的脉冲信号间隔不均匀。在此原理基础上，编制算法，从非均匀间隔脉冲信号中可以提取出扭振信号。这种测量方法只需要1个传感器，但需要在轴上布置齿轮盘或复数等间隔分布的磁钢片、反光条等。采用齿轮法时，需要在轴上安装特别加工的齿轮盘，有时不具备这样的安装条件。齿轮盘在中分结合面处的分度误差较大，会对测量结果产生很大影响，扭振信号有可能被完全掩盖在毛刺信号中。采用磁钢片或反光条模式时，需要在轴上布置等分度间隔的磁钢片或反光条，对分度的精度要求很高，现场有时难以保证。

3、非接触式(激光法)。该方法基于激光多普勒效应，利用激光束照射 转子端面时产生的多普勒频移效应来测量扭振。激光束照射到轴表面时，轴表面的线速度使散射光产生多普勒频移，频移量的瞬间值表征了轴的瞬态角速度，除去直流分量，就可得到转子的扭振响应。该法可以实现扭振的绝对测量，但测量精度受转子横向振动、转子表面圆度误差的影响较大，测量设备价格昂贵。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于多传感器的转轴扭振检测方法与装置，解决了现有技术中转轴扭振现场检测困难以及测量误差大的技术问题。

本发明实施例提供的一种基于多传感器的转轴扭振检测方法与装置，包括：

一种基于多传感器的转轴扭振检测方法，包括：

测量支架，及与测量支架为同心圆位置关系的转轴；

基于多传感器的转轴扭振检测步骤包括：

根据安装角度标定方式确定安装于测量支架内圈表面的复数个传感器的各安装角度；

提取复数个传感器对预置在转轴表面的单个脉冲标记的并行采集结果，对采集结果进行计算得到扭振结果。

优选地，根据安装角度标定方式确定安装于测量支架内圈表面的复数个传感器的各安装角度之前包括：

根据转轴测量表面，确定由安装环和底座组成的对应口径的测量支架；

根据安装环上复数个均匀分布的孔确定安装于孔上的传感器；

其中，传感器的编号顺序与测量支架中的转轴转动顺序一致，传感器的编号记为i＝1,2,…,n，其中n为传感器数量。

优选地，提取复数个传感器对预置在转轴表面的单个脉冲标记的并行采集结果，对采集结果进行计算得到扭振结果之前还包括：

确定预置于转轴测量表面的脉冲标记的位置，脉冲标记包括磁钢片、铁片或反光条。

优选地，提取复数个传感器对单个脉冲标记的并行采集结果，对采集结果进行计算得到扭振结果包括：

提取复数个传感器对单个脉冲标记的并行采集结果，并对并行采集结果进行转换成标准信号后输出；

将输出标准信号通过数据采集卡进行多通道脉冲信号采集；

从多通道脉冲信号中提取扭振信号，进行计算得到扭振结果。

优选地，安装角度标定方式包括：

记转轴低速旋转时的转速为ω'，以编号为1的传感器为基准，采集并记录各个传感器输出脉冲信号，记为L'_i,i＝1,2,...,n；

取脉冲信号由正转负时刻点作为触发基准点，记触发时间为T_i',i＝1,2,...,n，通过预置第一公式计算得到相邻传感器脉冲信号L'_i,L'_i+1之间的时间差，预置第一公式为：

Δt′_i＝T′_i+1-T_i',i＝1,2,...,n。

通过预置第二公式计算圆周方向上任意两个传感器之间的弧长Δθ_i，预置第二公式为：

Δθ_i＝ω₁·Δt′_i,i＝1,2,...,n。

记编号为1的传感器的安装角度为0°，通过预置第三公式得到其余传感器的安装角度θ_i，预置第三公式为：

优选地，从多通道脉冲信号中提取扭振信号，进行计算得到扭振结果包括：

以编号为1的传感器为基准，采集并记录转轴旋转一周过程中各传感器输出脉冲信号，记为L_i，i＝1，...，n取脉冲信号由正转负时刻点作为触发基准点，记触发时间为T_i，i＝1，...，n，通过预置第四公式计算得到相邻传感器脉冲信号L_i，L_i+1之间时间差Δt_i，i＝1，...，n，预置第四公式为：

Δt_i＝T_i+1-T_i,i＝1,2,...,n。

通过预置第六公式计算得旋转一周过程中的瞬时角速度ω_i，预置第六公式为：

通过采取同样的方法，连续测试复数周期，可得所测时间段内的瞬时角速度信号ω_i,i＝1,2,...,N，其中，N为总的采样点数。通过预置第六公式计算瞬时角速度信号的平均值预置第六公式为：

通过预置第七公式计算得到扭振角速度信号预置第七公式为：

通过预置第八公式对扭振角速度信号积分，得到扭角位移信号预置第八公式为：

一种扭振检测装置，包括：

确定单元，用于确定安装于测量支架内圈表面上的复数个传感器的安装角度；

提取单元，用于提取复数个传感器对单个脉冲标记的并行采集结果；

计算单元，用于对采集结果进行计算得到扭振结果。

优选地，确定单元包括：

第一确定子单元，用于根据转轴测量表面确定对应口径的测量支架；

第二确定子单元，用于确定预置于转轴测量表面的脉冲标记；

编号单元，用于对传感器进行编号；

第三确定子单元，用于根据安装角度标定方式确定安装于测量支架内圈表面的复数个传感器的各安装角度。

优选地，提取单元包括：

第一提取子单元，用于提取传感器的采集结果，并进行转换后输出；

第二提取子单元，用于从多通道脉冲信号提取扭振信号。

优选地，计算单元包括：

第一计算子单元，通过安装角度标定方式计算复数个传感器的安装角度；

第二计算子单元，对扭振信号进行计算及积分得到扭振结果。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种基于多传感器的转轴扭振检测方法与装置，包括：通过扭振检测装置根据安装角度标定方式确定安装于测量支架内圈表面的复数个传感器的各安装角度；通过由扭振检测装置提取复数个所述传感器对预置在所述转轴表面的单个脉冲标记的并行采集结果，对所述采集结果进行计算得到扭振结果，解决了现有技术中转轴扭振现场检测困难以及测量误差大的技术问题，减小了现场测试困难，提高扭振检测的可行性和测试精度，尤其适用于旋转机械扭振检测和分析，进而帮助机组开展扭振状态评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施提供的一种基于多传感器的转轴扭振检测方法的一个流程示意图；

图2为本发明实施提供的一种基于多传感器的转轴扭振检测方法的另一个流程示意图；

图3为本发明实施提供的一种扭振检测装置的一个结构示意图；

图4为本发明实施提供的一种扭振检测装置的另一个结构示意图；

图5为本发明实施提供的同步采集到的传感器输出脉冲信号(无扭振时)；

图6为本发明实施提供的仿真扭振信号；

图7为本发明实施提供的转轴扭振情况下多传感器输出脉冲信号(扭振模式下)；

图8为本发明实施提供的从脉冲间隔中提取出的扭振信号；

图9为本发明实施例提供的测量支架的实体结构示意图。

图示说明，A1～An传感器，1测量支架，2脉冲标记，3转轴。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于多传感器的转轴扭振检测方法与装置，用于解决现有技术中转轴扭振现场检测困难以及测量误差大的技术问题，减小 现场测试困难，提高扭振检测的可行性和测试精度。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图一，本发明实施例提供的一种基于多传感器的转轴扭振检测方法，包括：

101、根据安装角度标定方式确定安装于测量支架内圈表面的复数个传感器的各安装角度；

在实际应用中，将测量支架1固定于转轴3外侧，测量支架1为中空结构，测量支架1的口径与转轴3的直径相对应，两者为同心圆位置关系。在将复数个传感器A1～An安装于测量支架1内圈表面之前，先根据安装角度标定方式确定安装于测量支架1内圈表面的复数个传感器A1～An的各安装角度。其中，安装角度标定方式如下：

记转轴3低速旋转时的转速为ω'，以编号为1的传感器A1为基准，采集并记录各个传感器输出脉冲信号，记为L'_i,i＝1,2,...,n；

取脉冲信号由正转负时刻点作为触发基准点，记触发时间为T_i',i＝1,2,...,n，通过预置第一公式计算得到相邻传感器脉冲信号L'_i,L'_i+1之间的时间差，预置第一公式为：

Δt′_i＝T′_i+1-T_i',i＝1,2,...,n。

通过预置第二公式计算圆周方向上任意两个传感器之间的弧长Δθ_i，预置第二公式为：

Δθ_i＝ω₁·Δt′_i,i＝1,2,...,n。

记编号为1的传感器A1的安装角度为0°，通过预置第三公式得到其余传感器的安装角度θ_i，预置第三公式为：

102、提取复数个传感器对预置在转轴表面的单个脉冲标记的并行采集结 果，对采集结果进行计算得到扭振结果。

在根据安装角度标定方式将复数个传感器A1～An安装于测量支架1内圈表面后，提取复数个传感器A1～An对转轴3上单个脉冲标记1的并行采集结果，对采集结果进行计算得到扭振结果。

以上为对一种基于多传感器的转轴扭振检测方法的详细描述，以下将对一种基于多传感器的转轴扭振检测方法的过程进行详细的描述。请参阅图2，本发明实施例提供的一种基于多传感器的转轴扭振检测方法的另一个实施例，包括：

201、根据转轴测量表面，确定由安装环和底座组成的对应口径的测量支架；

首先，需要根据转轴3测量表面，确定对应口径的测量支架1，其中，测量支架1由设有复数个均匀分布的安装环和底座组成。

202、根据安装环上复数个均匀分布的孔确定安装于孔上的传感器；

在确定对应口径的测量支架1后，根据需要安装于测量支架1安装环上复数均匀分布的孔上的复数个传感器A1～An，将传感器A1～An顺着与测量支架1中的转轴3转动顺序一致的转动方向编号，记为i＝1,2,…,n，其中n为传感器数量。

203、根据安装角度标定方式确定安装于测量支架内圈表面的复数个传感器的各安装角度；

在给传感器进行编号后，根据安装角度标定方式确定安装于测量支架1内圈表面的复数个传感器A1～An的各安装角度，以便于传感器的精准安装，减少测量的误差。其中，安装角度标定方式包括：

记转轴3低速旋转时的转速为ω'，以编号为1的传感器A1为基准，采集并记录各个传感器输出脉冲信号，记为L'_i,i＝1,2,...,n；

取脉冲信号由正转负时刻点作为触发基准点，记触发时间为T_i',i＝1,2,...,n，通过预置第一公式计算得到相邻传感器脉冲信号L'_i,L'_i+1之间的时间差，预置第一公式为：

Δt′_i＝T′_i+1-T_i',i＝1,2,...,n。

通过预置第二公式计算圆周方向上任意两个传感器之间的弧长Δθ_i，预置 第二公式为：

Δθ_i＝ω₁·Δt′_i,i＝1,2,...,n。

记编号为1的传感器A1的安装角度为0°，通过预置第三公式得到其余传感器的安装角度θ_i，预置第三公式为：

需要说明的是，在确定好传感器安装角度进行安装后，按照传感器技术要求，调整传感器A1～An头部到转轴3表面的距离以及安装角度，保证传感器A1～An能准确接收到脉冲信号。其中，传感器A1～An用螺栓锁紧在支架上。

204、确定预置于转轴测量表面的脉冲标记的位置；

在要测量的转轴3测量表面上确定好脉冲标记1的预置，脉冲标记1只需标记一个，其中，脉冲标记1可为反光条、铁片或磁钢片等。脉冲标记1及传感器A1～An的选取包括电涡流式传感器+铁片、磁阻式传感器+磁钢片、光电式传感器+反光条的组合模式，但不仅仅限于此。

205、提取复数个传感器对单个脉冲标记的并行采集结果，并对并行采集结果进行转换成标准信号后输出；

在多个传感器A1～An对单个脉冲标记1进行同步、并行采集后，根据传感器A1～An的类型、原理及其技术要求，提取传感器A1～An对单个脉冲标记1的并行采集结果，并对并行采集结果进行转换成0-10V标准信号后输出至数据采集卡。

206、将输出标准信号通过数据采集卡进行多通道脉冲信号采集；

将传感器A1～An输出信号接至多通道、高采样率同步数据采集卡，并通过数据采集卡进行多通道脉冲信号采集。为了保证测量精度，采集卡的采样频率建议大于250KHz，采集卡的通道数建议大于8。

207、从多通道脉冲信号中提取扭振信号，进行计算得到扭振结果。

从数据采集卡同步检测到的多通道脉冲信号中提取扭振信号，算法如下：

以编号为1的传感器A1为基准，采集并记录转轴3旋转一周过程中各传感器A1～An输出脉冲信号，记为L_i，i＝1，...，n取脉冲信号由正转负时刻 点作为触发基准点，记触发时间为T_i，i＝1，...，n，通过预置第四公式计算得到相邻传感器脉冲信号L_i，L_i+1之间时间差Δt_i，i＝1，...，n，预置第四公式为：

Δt_i＝T_i+1-T_i,i＝1,2,...,n。

通过预置第五公式计算得旋转一周过程中的瞬时角速度ω_i，预置第五公式为：

通过采取同样的方法，连续测试复数周期，可得所测时间段内的瞬时角速度信号ω_i,i＝1,2,...,N，其中，N为总的采样点数。通过预置第六公式计算瞬时角速度信号的平均值预置第六公式为：

通过预置第七公式计算得到扭振角速度信号预置第七公式为：

通过预置第八公式对扭振角速度信号积分，得到扭角位移信号预置第八公式为：

以上为对本发明实施例提供的一种基于多传感器的转轴扭振检测方法的过程所进行的详细的描述，以下将对一种扭振检测装置的结构进行描述。本发明实施例提供的一种扭振检测装置包括：

确定单元301，用于确定安装于测量支架内圈表面上的复数个传感器的安装角度；

提取单元302，用于提取复数个传感器对单个脉冲标记的并行采集结果；

计算单元303，用于对采集结果进行计算得到扭振结果。

以上为对本发明实施例提供的一种扭振检测装置的结构进行的描述，以下将对扭振检测装置的结构进行更为详细的描述。本发明实施例提供的一种 扭振检测装置，包括：

确定单元401，用于确定安装于测量支架内圈表面上的复数个传感器的安装角度，具体包括：

第一确定子单元4011，用于根据转轴3测量表面确定对应口径的测量支架1；

第二确定子单元4012，用于确定预置于转轴3测量表面的脉冲标记1；

编号单元4013，用于对传感器进行编号；

第三确定子单元4014，用于根据安装角度标定方式确定安装于测量支架1内圈表面的复数个传感器A1～An的各安装角度。

提取单元402，用于提取复数个传感器对单个脉冲标记的并行采集结果，具体包括：

第一提取子单元4021，用于提取传感器A1～An的采集结果，并进行转换后输出；

第二提取子单元4022，用于从多通道脉冲信号提取扭振信号。

计算单元403，用于对采集结果进行计算得到扭振结果，具体包括：

第一计算子单元4031，用于通过安装角度标定方式计算复数个传感器A1～An的安装角度；

第二计算子单元4032，用于对扭振信号进行计算及积分得到扭振结果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作 为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括复数指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。