一种全转速下的轴转速精密测量系统及测量方法与流程

本属于转速测量技术领域，尤其涉及一种全转速下的轴转速精密测量装置系统以及测量方法。

背景技术：

转速是性能测试中的一个重要特性参量，动力机械的许多特性参数确定都离不开与转速相关的函数关系，所以转速测量是工业生产各个领域的要点，目前国内外常用的转速测量方式有：电磁式、霍尔式、光电式；电磁式利用转子在旋转磁场中由切割磁力线产生感应电流的频率，其测量结果较为精准，但受电磁干扰影响较大；霍尔式是利用霍尔开关元件测量转速的，测量精度取决于霍尔元件的精度；光电式是通过测出转速信号的频率或周期来测量转速的一种非接触测速法，但在低速运行时极易造成转动轴扭振或蠕动，光电编码器输出信号的正交性受到破坏。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明基于离心力效应和压电效应，提供了一种全转速下的轴转速精密测量系统和测量方法，该测量系统结构简单，方法简洁明了，系统设计合理，对于全转速下转动轴转速具有良好的测量性能。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种全转速下的轴转速精密测量系统，测量系统包括测量装置、集线器、装置主轴、联轴器、信号处理模块，测量装置和集线器同轴固定于装置主轴上，集线器输出端连接信号处理模块，装置主轴通过联轴器连接一转动轴，转动轴全转速转动时带动装置主轴和固定于装置主轴上的测量装置、集线器以相同转速运动，测量装置将被测量转速转化为模拟量电压信号输出，并被集线器采集，信号处理模块将采集到的电压信号转换为对应的测量转速并显示。

本发明的进一步改进在于：测量装置包括装置腔体、水银、活塞、传动块、复位弹簧、压电晶体，装置腔体内部除活塞、传动块、复位弹簧、压电晶体填充区域外，均被水银填充，活塞与传动块构成测量装置内部传动部件，装置腔体由两个同心密闭圆管构成，每个密闭圆管均为多个管道首尾相接构成，外圈圆管与内圈圆管之间通过四个等角度分布的管道相连接，活塞置于外圈圆管与内圈圆管之间相连接的管道内，压电晶体放置于外圈的圆管内，处于相邻的两个连接管道接口中部，压电晶体的填充区域数量为四，复位弹簧放置于压电晶体区域两侧，复位弹簧的数量为八个，传动块置于相邻的两个复位弹簧之间。

本发明的进一步改进在于：复位弹簧在测量装置处于静止状态时，在自身弹力作用下，保证装置腔体内部除活塞、传动块、复位弹簧和压电晶体区域外均被水银填充，水银处于被压缩状态。

一种全转速下的轴转速精密测量的测量方法，压电晶体在测量装置全速转动时，水银径向离心力通过活塞、传动块和复位弹簧转化对压电晶体的挤压作用力，在其作用下产生压电效应，生成相应电压信号，并被集线器采集；

测量装置内水银因转动产生径向离心力，径向离心力推动活塞并作用于传动块，对复位弹簧产生挤压作用，复位弹簧将挤压作用力传递至压电晶体使其产生压电效应，生成与挤压作用力相对应的电压信号；

集线器将压电效应生成的电信号采集并传输至信号处理模块后，信号处理模块实现电信号与对应转速的转换，完成转动轴转速测量。

本发明的有益效果是：本发明全转速下的转动轴通过联轴器驱动装置主轴转动，固定于装置主轴上的测量装置实现转速与电压信号的转换，集线器将采集到的电压信号输送至信号处理模块完成对转动轴的转速测量，结构简单合理新颖，操作方便，对于全转速下转动轴转速具有良好的测量性能。

附图说明

图1 是本发明的整体结构示意图。

图2 是本发明测量装置1的结构示意图。

图3是本发明图2的部分放大图。

其中：1-测量装置；2-装置腔体；3-水银；4-活塞；5-传动块；6-复位弹簧；7-压电晶体；8-集线器；9-装置主轴；10-联轴器；11-信号处理模块；12-转动轴。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1-3所示，本发明是一种全转速下的轴转速精密测量系统，所述测量系统包括测量装置1、集线器8、装置主轴9、联轴器10、信号处理模块11，所述测量装置1和所述集线器8同轴固定于所述装置主轴9上，所述集线器8输出端连接所述信号处理模块11，所述装置主轴9通过所述联轴器10连接一转动轴12，所述转动轴12全转速转动时带动所述装置主轴9和固定于所述装置主轴9上的测量装置1、集线器8以相同转速运动，所述测量装置1将被测量转速转化为模拟量电压信号输出，并被所述集线器8采集，所述信号处理模块11将采集到的电压信号转换为对应的测量转速并显示，所述测量装置1包括装置腔体2、水银3、活塞4、传动块5、复位弹簧6、压电晶体7，所述装置腔体2内部除活塞4、传动块5、复位弹簧6、压电晶体7填充区域外，均被水银3填充，所述活塞4与所述传动块5构成测量装置1内部传动部件，所述装置腔体2由两个同心密闭圆管构成，每个所述密闭圆管均为多个管道首尾相接构成，外圈圆管与内圈圆管之间通过四个等角度分布的管道相连接，所述活塞4置于外圈圆管与内圈圆管之间相连接的管道内，保证整个装置腔体2处于密闭状态，不会出现水银3泄露，所述压电晶体7放置于外圈的圆管内，处于相邻的两个连接管道接口中部，所述压电晶体7的填充区域数量为四，所述复位弹簧6放置于压电晶体7区域两侧，所述复位弹簧6的数量为八个，所述传动块5置于相邻的两个所述复位弹簧6之间，所述复位弹簧6在测量装置1处于静止状态时，在自身弹力作用下，保证装置腔体2内部除活塞4、传动块5、复位弹簧6和压电晶体7区域外均被水银3填充，水银3处于被压缩状态。

应用该测量系统的一种全转速下的轴转速精密测量的测量方法，该测量方法包括：所述压电晶体7在所述测量装置1全速转动时，所述水银3径向离心力通过所述活塞4、所述传动块5和所述复位弹簧6转化对所述压电晶体7的挤压作用力，在其作用下产生压电效应，生成相应电压信号，并被所述集线器8采集；所述测量装置1内水银3因转动产生径向离心力，转速越快，离心力越大；

水银受离心力记为F，可由式（1）计算获得：

F=mv²/r (1)

其中，r为装置腔体2的半径；v为装置的旋转线速度；m为本发明所示例的装置中的水银质量，若填充其他材料可由材料密度、体积参数计算获得。

径向离心力推动所述活塞4并作用于所述传动块5，对所述复位弹簧6产生挤压作用，所述复位弹簧6将挤压作用力传递至所述压电晶体7使其产生压电效应，生成与挤压作用力相对应的电压信号；整个物理量转化过程中，不同的转速对应不同的径向离心力，进而产生不同程度的压电效应，生成的电信号也有所不同，所述集线器8将压电效应生成的电信号采集并传输至信号处理模块11后，信号处理模块11实现电信号与对应转速的转换，完成转动轴12转速测量。