基于靜電傳感器的旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速測量方法研究.pdf

1、轉(zhuǎn)速是表征旋轉(zhuǎn)機械健康狀況、進行故障診斷、制定必要維修策略的重要參數(shù)之一。旋轉(zhuǎn)機械在能源、化工、電力、冶金等行業(yè)的機械設備中占有舉足輕重的地位，轉(zhuǎn)速的實時、準確測量對保證旋轉(zhuǎn)機械的正常運行具有重要的現(xiàn)實意義。然而，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)速測量儀表在精度、價格、可靠性等方面均存在一定的局限性，特別是在復雜、惡劣的工業(yè)環(huán)境下難以達到長期、穩(wěn)定、準確的測量，因此，有必要利用新原理、新方法研制更加優(yōu)良的測量儀表。同時，靜電檢測技術(shù)在氣固兩相流參數(shù)檢測及航空發(fā)

2、動機尾氣監(jiān)測等領(lǐng)域的成功應用，促進了這項技術(shù)的迅速發(fā)展。
　　本文創(chuàng)新性地探索了基于靜電感應原理的轉(zhuǎn)速測量新方法，通過檢測運動部件表面的靜電荷，獲取旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速信息。針對傳感器感應機理建模、傳感器優(yōu)化設計、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)開發(fā)、測量系統(tǒng)性能評估等方面進行了較為深入的研究:
　　(1)首次將靜電檢測技術(shù)應用于轉(zhuǎn)速測量領(lǐng)域，提出了基于靜電傳感器的轉(zhuǎn)速測量方法。根據(jù)被測轉(zhuǎn)軸和安裝環(huán)境的限制，具體分為三種測量方式:基于單傳感器和信號自

3、相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)速測量;基于雙傳感器和信號互相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)速測量;基于多傳感器和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的轉(zhuǎn)速測量。
　　(2)針對靜電傳感器轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的物理模型，基于點電荷的思想建立了條形靜電傳感器的數(shù)學模型。深入研究了傳感器的空間靈敏度、頻率響應、空間濾波長度、帶寬等感應特性，為靜電傳感器的性能分析和優(yōu)化設計提供了堅實的理論基礎(chǔ)。通過實驗模擬點電荷在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的三維空間靜電場，分析了條形靜電傳感器的輸出特性，并與模型結(jié)果對比，從而驗證了測

4、量方法的正確性和數(shù)學模型的有效性。
　　(3)基于靜電傳感器轉(zhuǎn)速測量原理，設計傳感器感應單元、微弱信號檢測電路、相關(guān)信號處理算法以及多數(shù)據(jù)融合算法，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的集成。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r顯示旋轉(zhuǎn)速度、信號的靜電強度和相關(guān)系數(shù)，而且能夠記錄這些測量參數(shù)信息，有助于進一步分析系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
　　(4)針對靜電傳感器轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的三種組態(tài)（單傳感器、雙傳感器和多傳感器）進行性能評估。通過一系列的實驗研究，分別確定測量系