一种往复式制冷压缩机转速测量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及往复式制冷压缩机转速的测量技术领域，具体涉及制冷系统、压力测 量、高速数据采集和数字信号处理等领域。
【背景技术】
[0002] 压缩机作为制冷系统的核心部件，其技术性指标直接影响着整个制冷系统的性 能，而压缩机的运行本质上是电动机的转动，也就是压缩机转速。转速影响着制冷系统的制 冷量、效能比以及功耗、吸排气压力等，因此压缩机转速是一项重要的技术指标。
[0003] 目前小型制冷压缩机都是全封闭型的，传统的测量方法存在一定的缺陷。其中直 接法，采用在压缩机内部装传感器来测转速，但这无疑会对压缩机造成一定的损伤，不符合 测量的原则；另一种是间接法，目前主要有测压缩机的振动频率和压缩机电流，前者由于压 缩机运行的同时有其他接近压缩机振动的频率干扰，不易分辨，后者在测量装置和精度上 有一定的局限性。在往复式压缩机系统中，排气压力随着活塞的往复运动会产生周期性变 化，本发明基于压缩机和制冷系统排气压力周期性变化，运用数字信号处理方法进行精确 转速测量。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是精确测量往复式压缩机的转速。为解决此技术问 题，本发明采用一种往复式制冷压缩机转速测量的方法，包括如下步骤： (1) 排气压力信号的采集：在往复式压缩机的排气口安装压力传感器，同时采用高速数 据采集卡进行数据采集，经高速A/D转换后送入计算机； (2) 信号预处理：对高速A/D转换后的数据采用滤波器滤波；滤波后消除多项式趋势 项； (3) 信号分析：前期的数据预处理后对信号进行分析，提取压力信号的频率。
[0005] 进一步的，步骤（3)中采用线性调频Z变换处理信号，对频谱的局部细化。
[0006] 进一步的，Chip-Z变换是沿Z平面上的一段螺线作等角抽样，用来计算单位圆上 任一段曲线的Z变换，作DFT时输入的点数N和输出的点数M可以不相等，从而达到频谱细 化的目的，其中 Fczt=^ N Fczt------线性调频z变换的频谱分辨率 fw-------待观测的频谱范围 N-------变换点数 得到信号的具体的频率值f，再乘以60,即得到了压缩机的实际转速。
[0007] 有益效果： (1)排气压力反应转速大小，这是比较直接的测量，避免了中间误差。
[0008] (2)相比采用FFT的电流测量，在精度上大大提高。
[0009] (3)装置简单，可以实现在线测量。
[0010] (4)不仅仅适用于小型制冷压缩机，只要是往复式压缩机都可以测量转速，应用性 广。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的硬件系统示意图； 图中各附图标记含义：1-制冷压缩机，2-压力传感器，3-排气压力表，4-冷凝器，5-蒸 发器，6-吸气压力表。
[0012] 图2是本发明所用的可拆卸压力传感器结构示意图； 图3是采集到的排气压力信号； 图4是排气压力信号的频谱图。
【具体实施方式】
[0013] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参 照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发 明的范围。
[0014] 本发明的往复式制冷压缩机转速测量的方法，步骤如下： (1)排气压力信号的采集：本发明的硬件部分主要是在往复式压缩机的排气口安装压 力传感器，同时采用高速数据采集卡。软件部分是基于上位机编程软件进行数据采集，经高 速A/D转换后送入计算机。（2)信号预处理：由于采集到数据混有各种高频信号以及外界 随机干扰信号，所以在进行信号分析之前有必要进行预处理。首先是滤波：压缩机正常转速 在3000r/min左右，反应在排气压力脉动上的频率是在50hz左右，采用滤波器。然后是消 除多项式趋势项：压缩机的运行是一个动态的过程，某些时刻会偏离基准压力，多项式趋势 项的消除有利于后期的信号分析。
[0015] (3)信号分析：前期的数据处理后就要对信号进行分析，本发明主要是要提取压力 信号的频率，在信号处理中，在时域上往往看不出信号的某些特性，而在频域上却能够显而 易见，传统的快速傅里叶变换（FFT)是频谱分析最常用的方法，但它存在栅栏效应，对于本 测试中采样数较大且是高速采集的情况下会导致频率分辨率较大，因此精确性不高。本发 明采用线性调频Z变换处理信号，它是对频谱的局部"细化"，能够看到快速傅里叶变换看 不到的频率信号。Chip-Z变换是沿Z平面上的一段螺线作等角抽样，可以用来计算单位圆 上任一段曲线的Z变换，作DFT时输入的点数N和输出的点数M可以不相等，从而达到频谱 细化的目的。与FFT相比，chirp-z变换的频谱更加准确，精度更高，但会增加处理的时间。
[0016] Fczt=藝 雜 Fczt------线性调频z变换的频谱分辨率 fw-------待观测的频谱范围 N-------变换点数 得到信号的具体的频率值f，再乘以60,即得到了压缩机的实际转速，最后通过 Iabview前面板显示出来。 实施例
[0017] 本发明由测试硬件部分和软件部分组成。硬件部分包括小型往复式制冷压缩机， 研华高速采集卡PCI-1715U，GY403型压力传感器，研华工控机。软件部分由LABVIEW图形 化开发软件编写，由于需要大量的数学运算，因此在Iabview编程中加入MATLAB脚本方便 快速运算，测试软件主要由数据采集、信号处理、结果显示组成。LabVIEW是一种用图表代 替文本行创建应用程序的图形化编程语言，它改变了传统文本编程语言根据语句和指令的 先后顺序决定程序的执行顺序，采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决 定了程序的执行顺序，它用图标表示函数，用连线表示数据流向LabVIEW提供很多外观与 传统仪器类似的控件，可用来方便地创建用户界面。
[0018] 本发明的具体步骤如下： 首先，搭建好硬件系统如图1，特别是传感器的安装（图2)，并调整吸排气压力使之达 到标准工况，系统开始工作。
[0019] 通过研华PCI-1715U高速数据采集卡将排气压力的电压信号进行高速A/D转换， 并将转换后的电压信号送入计算机，得到的信号如图3所示。
[0020] 如图4所示，然后利用Iabview软件与MATLAB软件进行混合编程对信号进行预处 理及线性调频Z变换，线性调频Z变换是对频谱的局部"细化"，能够看到快速傅里叶变换 (FFT)看不到的频率信号，精确性较高，从而得到排气压力信号的频率f，频率乘以60即为 实际转速，最后在Iabview前面板上显示测量值。
【主权项】
1. 一种往复式制冷压缩机转速测量的方法，包括如下步骤： (1) 排气压力信号的采集：在往复式压缩机的排气口安装压力传感器，同时采用高速数 据采集卡进行数据采集，经高速A/D转换后送入计算机； (2) 信号预处理：对高速A/D转换后的数据采用滤波器滤波；滤波后消除多项式趋势 项； (3) 信号分析：前期的数据预处理后对信号进行分析，提取压力信号的频率。2. 如权利要求1所述的往复式制冷压缩机转速测量的方法，其特征在于：步骤（3)中采 用线性调频Z变换处理信号，对频谱的局部细化。3. 如权利要求2所述的往复式制冷压缩机转速测量的方法，其特征在于=Chip-Z变换 是沿Z平面上的一段螺线作等角抽样，用来计算单位圆上任一段曲线的Z变换，作DFT时输 入的点数N和输出的点数M可以不相等，从而达到频谱细化的目的，其中Fczt------线性调频z变换的频谱分辨率 fw-------待观测的频谱范围 N-------变换点数 得到信号的具体的频率值f，再乘以60,即得到了压缩机的实际转速。
【专利摘要】本发明公开了一种往复式压缩机转速测量的方法，包括如下步骤：（1）排气压力信号的采集：在往复式压缩机的排气口安装压力传感器，同时采用高速数据采集卡进行数据采集，经高速A/D转换后送入计算机；（2）信号预处理：对高速A/D转换后的数据采用滤波器滤波；滤波后消除多项式趋势项；3）信号分析：前期的数据预处理后对信号进行分析，提取压力信号的频率。本发明的有益效果是：（1）排气压力反应转速大小，这是比较直接的测量，避免了中间误差。（2）相比采用FFT的电流测量，在精度上大大提高。（3）装置简单，可以实现在线测量。（4）不仅仅适用于小型制冷压缩机，只要是往复式压缩机都可以测量转速，应用性广。
【IPC分类】G01P3/26
【公开号】CN105158494
【申请号】CN201510476674
【发明人】顾江萍, 金华强, 熊奇, 黄跃进, 徐鸣, 沈希
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月6日