一种变速盘车自适应的全角度摆度测量装置及方法

1.本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种变速盘车自适应的全角度摆度测量装置及方法。


背景技术：

2.水泵机组轴线的检查与调整，一直是水泵组安装与检修的重要部分。国内主流的摆度数据的测量方法依然是传统的八点测量，一个是，由于机组转动部件惯性大，难以准确检测标号点处的数据，导致盘车数据与角度数据对应不上。另一个是八点法自身的弊端，只能通过八个点来拟合摆度产生的正弦曲线，使得误差很大，甚至容易出现错误。近几年出现新的电涡流传感器用于测量与金属的间隙，但也仅适用于匀速转动盘车的情况，对于人力盘车或液压盘车，往往存在难以控制角速度的困难。因此，一种变速盘车自适应的全角度摆度测量方法需要被发明；全角度测量来解决八点测量大误差的弊端，变速自适应来解决电涡流传感器难以控制速度的弊端。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种变速盘车自适应的全角度摆度测量装置及方法，能够可自动适应盘车速度，且能准确检测全角度摆度数据。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
5.本发明提供一种变速盘车自适应的全角度摆度测量装置，其特征在于，包括：光栅角度传感器、光栅贴条和电涡流摆度传感器系统，所述光栅贴条包括若干条光栅，所述光栅贴条贴于被测转轴外围；所述光栅角度传感器用于通过光栅贴条的反射频谱检测盘车泵轴4旋转的角度，所述电涡流摆度传感器系统用于检测盘车泵轴对应角度下的摆度。
6.进一步地，电涡流摆度传感器系统包括设于盘车泵轴外侧的y向上导处传感器、y向法兰处传感器、y向水导处传感器、x向上导处传感器、x向法兰处传感器和x向水导处传感器。
7.进一步地，所述y向上导处传感器与x向上导处传感器相垂直；y向法兰处传感器与x向法兰处传感器相垂直；y向水导处传感器与x向水导处传感器相垂直。
8.进一步地，所述光栅角度传感器与y向上导处传感器、y向法兰处传感器、y向水导处传感器相垂直。
9.进一步地，所述光栅角度传感器与x向上导处传感器、x向法兰处传感器和x向水导处传感器相平行。
10.进一步地，所述光栅贴条的两端设有贴条，中部等距设有若干条光栅，若干条光栅相平行。
11.进一步地，一种变速盘车自适应的全角度摆度测量装置的测量方法，其特征在于，包括：
12.步骤一、同步启动盘车、光栅角度传感器和电涡流摆度传感器系统，获得泵轴4旋
转的角度值与对应绝对摆度进行匹配；
13.步骤二、采用连续采集的摆度与加垫刮削量计算方法来计算相对摆度；
14.步骤三、判断相对摆度是否符合规范要求，若满足记录相对摆度数据；若不满足则计算加垫量或车削量并进行加垫或车削工艺并返回步骤一。
15.进一步地，连续采集的摆度与加垫刮削量计算方法为：
16.通过采集拥有绝对摆度与对应角度的大量数据对已有的数据进行正弦拟合，得到正弦曲线f(x)＝asin(θ+b)+c的三个参数，x为摆度采集点所对应的角度；f(x)为对应角度下测点的理论摆度值；a为摆度曲线的幅值；b为摆度曲线的初相；c为摆度曲线的偏移值，利用拟合计算的正弦函数，判读最大位点的角度以及最大的净摆度值，结合实际镜板直径、电机下导或法兰处的最大净摆度值、主轴两侧点间的距离经行计算，得到绝缘垫的加垫或刮削的位置及加垫刮削的值。
17.本发明具备的有益效果：
18.1、可以灵活定义圆周上盘车数据采集的点的数量，与传统八点盘车法相比，该发明可以有效避免因转动部件惯性过大，而造成无法准确测量原本固定八个点处的摆渡数据，并提高一个周期内采集的数据的数量，提高最终摆度曲线的质量。
19.2、可自动适应盘车速度，与电涡流传感器测摆度或传统八点法测摆度相比，该发明可以有效避免因为难以以均匀不变角速度盘车的弊端，提高操作的简便性同时提高数据的准确性。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
21.图2为本发明的结构示意图；
22.图3为本发明光栅贴条结构示意图；
23.图4为本发明光栅反射强度与时间频谱示意图；
24.图5为本发明变速盘车自适应的全角度摆度测量计算流程图。
25.附图标记
26.1：光栅角度传感器、2：光栅贴条、3：电涡流摆度传感器系统、3-1：上导处传感器、3-2：y向法兰处传感器、3-3：y向水导处传感器、3-4：x向上导处传感器、3-5：x向法兰处传感器、3-6：x向水导处传感器、4：泵轴4。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
28.如图1-3所示，为本发明提供的一种变速盘车自适应的全角度摆度测量装置，包括：光栅角度传感器1、光栅贴条2和电涡流摆度传感器系统3，所述光栅贴条2包括若干条光栅，所述光栅贴条2贴于被测转轴外围；所述光栅贴条2的两端设有贴条2-1，中部等距设有若干条光栅2-2，若干条光栅2-2相平行；所述光栅角度传感器1用于通过光栅贴条2的反射频谱检测盘车泵轴4旋转的角度，所述电涡流摆度传感器系统用于检测盘车泵轴4对应角度下的摆度。
29.电涡流摆度传感器系统包括设于盘车泵轴4外侧的y向上导处传感器3-1、y向法兰处传感器3-2、y向水导处传感器3-3、x向上导处传感器3-4、x向法兰处传感器3-5和x向水导处传感器3-6；所述y向上导处传感器3-1与x向上导处传感器3-4相垂直；y向法兰处传感器3-2与x向法兰处传感器3-5相垂直；y向水导处传感器3-3与x向水导处传感器3-6相垂直。所述光栅角度传感器1与y向上导处传感器3-1、y向法兰处传感器3-2、y向水导处传感器3-3相垂直；所述光栅角度传感器1与x向上导处传感器3-4、x向法兰处传感器3-5和x向水导处传感器3-6相平行。
30.电涡流传感器其原理是若待测转轴电导率为σ、磁导率为μ，传感器内线圈直径为d，距转轴x，当线圈中通上交变电流i1时，线圈周围交变磁场为h1。转轴中产生感应电动势，形成电涡流i2，再产生h2的磁场。如果x发生变化，电感量l则会发生变化，线圈阻抗也会相应变化，这样可测得x，即摆度数据。
31.光栅角度传感器由光栅贴条、光栅发射接收器、数据采集处理器组成。通过在泵轴4上固定光栅贴条(该贴条上的反光条和非反光条等间距布置，如图3所示)，再向光栅发射红外线，通过红外光线的反射光线的强度不同来绘制光栅反射强度与时间的频谱，并最终确定转轴所转动的角度。其原理是，轴上的光栅按照等间距布置(每一条光栅的间隔对应一个角度，当光栅布置的越密集，角度划分的约细)，当得到光栅反射强度与时间频谱后，可根据两波峰之间的时间间隔来对应两光栅之间的角度进行等分，如图4所示的波普图，可以对应出现波峰的次数来计算角度间，通过与同时间摆度的采集获取所有需要的数据，从而不需要匀速盘车。其原理是基于不同材料对于发射的红外线的反射程度不同。当第一个波峰出现时，表示第一个反光光栅正对着光栅传感器，此后每出现一次感光强度波峰，即表示有一个对应的反光光栅正对着传感器。将每次出现波峰时候的时间t记录，则可以得到对应时间下，泵轴4转过的角度(假定反光光栅的角度间隔为θ0)。
32.某t时刻对应泵轴4转过的角度为：
33.θ
t
＝n*θ034.其中，n为对应时刻出现的波峰次数；θ0为提前布置好的光栅间隔角度。
35.角度校正考虑分布校正和传感器校正，分布校正的原因是由于光栅角度传感器与电涡流摆度传感器之间垂直布置，因此需要将电涡流传感器得到的摆渡数据对应的角度与光栅传感器得到的对应角度做一个修正，即：
36.θ＝θ
t
+90
°
37.同时还有由于光栅传感器返回的时间差导致的传感器角度校正，但由于一般盘车速度极慢，光栅传感器返回的时间极短，因此这里不考虑传感器角度校正，方案的整体结构图如图3所示。
38.将第一个光栅正对光栅传感器，开始进行测量。当光栅传感器接收到最大的反光信号时，即光栅时间频谱图上出现波峰时，电涡流传感器需要同时测量该时刻下，对应位置的摆度数据并记录其对应的角度为θ(使用上述公式计算)。当反光光栅划分的足够细足够密集时，电涡流传感器就能够记录远超传统“八点法”所能记录的数据点，所以采用此方法，能有效地达到全角度盘车的目标效果。其最终的测量结果如图4所示。
39.如图5所示，本发明一种变速盘车自适应的全角度摆度测量装置的测量方法，包括：
40.步骤一、同步启动盘车、光栅角度传感器和电涡流摆度传感器系统，获得泵轴4旋转的角度值与对应绝对摆度进行匹配；
41.步骤二、采用连续采集的摆度与加垫刮削量计算方法来计算相对摆度；
42.步骤三、判断相对摆度是否符合规范要求，若满足记录相对摆度数据；若不满足则计算加垫量或车削量并进行加垫或车削工艺并返回步骤一。
43.其中，连续采集的摆度与加垫刮削量计算方法为：
44.连续采集的摆度与加垫刮削量计算算法。首先，通过采集拥有绝对摆度与对应角度的大量数据。其次，对已有的数据进行正弦拟合，得到正弦曲线f(x)＝asin(θ+b)+c的三个参数，x为摆度采集点所对应的角度；f(x)为对应角度下测点的理论摆度值；a为摆度曲线的幅值；b为摆度曲线的初相；c为摆度曲线的偏移值。然后，利用拟合计算的正弦函数，判读最大位点的角度以及最大的净摆度值。原有的计算手段只是通过八个位点计算出净摆度最大位点，例如1-5这个方位，作为最大位点存在较大偏差，较为先进的方法是通过八戈点的摆度数据进行拟合，获取最大的摆度位置，但仅仅通过八个点的拟合往往误差较大。本专利通过采集大量数据，实现连续盘车，用已有的最小二乘进行正弦拟合，得到相对更为准确的最大位点的角度以及最大的净摆度值。最后，利用相似三角形原理，结合实际镜板直径、电机下导或法兰处的最大净摆度值、主轴两侧点间的距离经行计算，得到绝缘垫的加垫或刮削的位置及加垫刮削的值。
45.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
46.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。且在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。