基于光电池线阵对的瞬时转速遥测原理及特性研究

发布时间：2017-05-04 07:13

  本文关键词：基于光电池线阵对的瞬时转速遥测原理及特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转机械是一种广泛存在的机械结构形式,如轮船的螺旋桨、武器执行机构的瞄准及跟踪装置、各类加工机床的传动链等。旋转参量如转速、角位移和角加速度等是确定这些转动装置或旋转系统的工作状态和运动特性的重要参数。通过精确测量瞬时角速度,可以了解旋转系统的工作状态和性能,判断它们的运动特性,提高其运动过程控制的准确性,还可用于获取故障信息而用于系统的故障诊断等。因此角速度的准确测量具有极重要的意义,在机械检测技术中具有广泛的应用。针对目前转速传感器普遍存在的、需附加额外标记或同轴安装精密分度盘的不足,本文基于空间滤波技术,提出了用一对光电池线阵来遥测转速的方法,研究了该转速传感方法的基本原理,分析了该传感方法的特性。在阐述了国内外转速测量的研究现状后,介绍了空间滤波测速技术的发展历史、技术特点及应用范围;详细介绍了基于空间滤波技术的角速度传感原理,即用多个光电池构成两个光电池线阵,该两个光电池线阵平行排列且相距一定距离构成空间滤波转速传感器。该空间滤波转速传感器兼有空间滤波和光电转换的作用,可用于被测体转速量值及旋转方向的传感。提出了空间滤波转速遥测中基于中心频率相对变化比值的旋转中心定位法和基于频谱峰值相对变化的旋转中心定位法。基于中心频率相对变化比值的旋转中心定位法是利用差分空间滤波转速传感器输出信号的两个中心频率f_1、f_2及其变化计算系数j,由j值符号、f_1与f_2的相对大小来确定旋转中心成像点的位置区域。基于频谱峰值相对变化的旋转中心定位法是将差分空间滤波转速传感器输出的两路信号相加得到一个混合信号,用快速傅里叶变换(FFT)求取该混合信号的频谱分布;待转速平稳时沿径向移动该传感器一段距离,再次用FFT计算得到混合信号的频谱分布;根据移动前后混合信号的频谱分布中两个主峰值的移动趋势可判定出被测体旋转中心的位置区域。解决了空间滤波转速遥测中旋转中心位置区域辨识的问题。提出了空间滤波转速遥测中基于功率谱的旋转方向辨识法和基于微分相位的旋转方向辨识法。基于功率谱的旋转方向辨识法是利用占空比为1/2的空间滤波器输出的两路信号的功率谱密度互为共轭的特点,得到两个线速度方向判别系数d_1、d_2。根据d_1、d_2的符号及f_1与f_2的大小关系,可同时判断出被测旋转体的转向及旋转中心的位置区域。基于微分相位的旋转方向辨识法是对基于功率谱的旋转方向辨识法的进一步改进,即用多个光电池构成一个占空比为1/4的复差分空间滤波转速传感器,并根据单个复差分空间滤波器输出的两路非平稳窄带信号正交的特点,计算得到一个与复差分空间滤波器处图像的线速度方向有关的相位微分值;由复差分空间滤波转速传感器输出的四路信号计算得到两个相位微分值D_1、D_2。根据D_1、D_2的符号及f_1与f_2的大小关系,可同时判断出被测体的瞬时旋转方向及旋转中心位置区域。解决了空间滤波转速遥测中转速方向判别的问题。分析了透射函数和空间周期数对空间滤波器性能的影响、空间占空比Δ对空间滤波信号频谱的影响。结果表明,空间周期数、占空比不同时,空间滤波器输出的信号具有不同的幅值及相位特点。此外,还分析了光学系统放大倍数的波动、传感器的安装偏心、被测体的轴向窜动和径向晃动对转速测量值的影响。结果表明,该转速传感方法不需要安装任何基准分度盘,且传感器的安装偏心、被测体的轴向窜动,被测体的径向晃动及平移等均不影响转速值的传感测量。分析验证了本文提出的两种旋转中心定位法的正确性及其适应条件,结果表明:在转速相对平稳时,所提出的两种旋转中心定位法能有效辨识出被测体旋转中心的位置区域。验证了本文提出的两种旋转方向辨识法的正确性;结果表明,基于功率谱的旋转方向辨识法计算量小、应用方便,可有效用于被测体旋转方向的辨识;基于微分相位的旋转方向辨识法实时性强、灵活性好,能快速准确的辨识被测体的瞬时转速方向。基于光电池线阵对的转速传感方法,可实现自分度非接触转速传感及其方向辨识,系统简便,环境适应性强,克服了传统转速传感方法中需同轴安装精密分度盘或基准标尺的问题,解决了空间滤波角速度传感中旋转方向难以实时辨别的难题,为固体转速或液气态物旋涡流速的测量建立了一个普适性强的检测方法,具有良好的应用前景。
【关键词】：光电池线阵对 双差分空间滤波器 转速遥测 旋转方向辨识 特性分析
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133;TN713;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题背景及研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 机械式转速测量法13-14
• 1.2.2 磁电式转速测量法14-15
• 1.2.3 光学式转速测量法15-16
• 1.3 空间滤波测速中的方向辨识16-18
• 1.4 研究内容18-20
• 第2章 基于光电池线阵对的速度遥测原理20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 空间滤波线速度测量原理20-26
• 2.2.1 被测体表面反射光分析20-21
• 2.2.2 光学棱镜系统透射函数分析21-23
• 2.2.3 基于光电池线阵列的线速度测量原理23-26
• 2.3 基于光电池线阵对的转速值传感原理26-30
• 2.3.1 基于光电池线阵对的转速传感器26
• 2.3.2 转速传感原理26-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 空间滤波转速遥测中的旋转中心定位及旋转方向辨识32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 转速遥测中的旋转中心定位32-37
• 3.2.1 基于中心频率相对变化比值的旋转中心定位法32-34
• 3.2.2 基于频谱峰值相对变化的旋转中心定位法34-36
• 3.2.3 旋转中心定位法存在的问题36-37
• 3.3 基于功率谱的旋转方向辨识37-41
• 3.3.1 非差分型转速传感器37-38
• 3.3.2 方向判别系数38-40
• 3.3.3 旋转方向辨识40-41
• 3.4 基于微分相位的旋转方向辨识41-45
• 3.4.1 复差分空间滤波转速传感器41-43
• 3.4.2 微分相位43-44
• 3.4.3 旋转方向辨识44-45
• 3.5 本章小结45-48
• 第4章 基于光电池线阵对的转速遥测特性分析48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 空间滤波信号的频谱特性及其优化48-52
• 4.2.1 透射函数与空间周期数48-49
• 4.2.2 空间占空比49-50
• 4.2.3 中心频率提取方法50-52
• 4.2.3.1 常用中心频率提取法的对比50-52
• 4.2.3.2 用傅里叶变换获取中心频率时的转速测量分辨率52
• 4.3 转速值测量的误差源分析52-56
• 4.3.1 轴向窜动的影响53-54
• 4.3.2 径向晃动的影响54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 基于光电池线阵对的转速遥测系统及验证58-76
• 5.1 引言58
• 5.2 空间滤波转速遥测系统58-62
• 5.2.1 光电池线阵输出模拟信号的处理60-62
• 5.2.1.1 准正弦信号提取电路60-61
• 5.2.1.2 信号处理电路61-62
• 5.3 旋转中心定位法的验证62-67
• 5.3.1 基于中心频率相对变化比值的旋转中心定位法的验证62-64
• 5.3.2 基于频谱峰值相对变化的旋转中心定位法的验证64-67
• 5.4 转速值及方向的验证67-73
• 5.4.1 基于功率谱的旋转方向辨识法的验证67-70
• 5.4.2 基于微分相位的旋转方向辨识法的验证70-73
• 5.5 本章小结73-76
• 第6章 总结与展望76-80
• 6.1 工作总结76-77
• 6.2 本文创新点77-78
• 6.3 展望78-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-86
• 附录86-87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 Emmett N.Leith;R.Hershey;纳斯;;光栅干涉仪中的传递函数和空间滤波[J];应用光学;1985年06期

2 孙定源,石玉珠,周桂贤,吴新杰;基于空间滤波效应的光透法测量粒子速度[J];辽宁大学学报(自然科学版);2004年01期

3 陈远绳 ,曹向群 ,沃具良;莫尔条纹的空间滤波及信号分析[J];浙江大学学报;1986年03期

4 陈生;唐能福;;动态空间滤波的探讨与实践[J];广西师范学院学报(自然科学版);2006年01期

5 林钢,于晓凌;Schlieren方法中的二维空间滤波效应[J];武汉城市建设学院学报;1997年02期

6 谢剑薇,孙春娟;红外图像起伏背景对消的空间滤波方法研究[J];装备指挥技术学院学报;2003年06期

7 韩兵,佟允宪;低流速热不平衡流体的空间滤波[J];中国核科技报告;1992年S3期

8 郑刚，孙逸平;用照相及滤波技术实现图象相减[J];上海机械学院学报;1994年03期

9 李兴成;张永顺;;ASLC系统合成方向图与空间滤波响应[J];现代防御技术;2014年02期

10 韩兵,佟允宪,厉日竹,田虹,李军;低流速热不平衡流体的空间滤波[J];中国核科技报告;1992年00期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 曹丽;尹朝征;刘杰;路加;;空间滤波测速的视频方法[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集（上）[C];2001年

2 李宏升;张敏;廖延彪;陈凡秀;王静;;利用光学广义傅里叶变换和空间滤波实现亚毫米结构的三维形貌测量[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 王瑞敏;基于稳态视觉诱发电位的脑机接口的研究[D];南京理工大学;2015年

2 陈阳;自分度非接触旋转量传感的方向辨识方法研究[D];重庆理工大学;2015年

3 朱志雄;基于光电池线阵对的瞬时转速遥测原理及特性研究[D];重庆理工大学;2016年

4 陈闪闪;空间滤波转速遥测系统的信号处理及其实现方法[D];重庆理工大学;2016年

5 陈波;心脏磁场信号的空间滤波[D];同济大学;2007年

6 阿不力孜·阿布都艾尼;基于消激光散斑空间滤波实验仪的改进研制[D];合肥工业大学;2012年

7 林浩亮;强背景光的高频目标物频谱分析及信息提取研究[D];南昌大学;2007年

8 张登科;快速序列视觉呈现系统及相关处理算法研究[D];清华大学;2012年

9 王仁杰;衍射光栅空间滤波理论与光栅设计、制作实验方法研究[D];东北师范大学;2015年

  本文关键词：基于光电池线阵对的瞬时转速遥测原理及特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：344630