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

1、轉(zhuǎn)速是表征旋轉(zhuǎn)機(jī)械健康狀況、進(jìn)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(jī)械在能源、化工、電力、冶金等行業(yè)的機(jī)械設(shè)備中占有舉足輕重的地位，轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械的正常運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表在精度、價(jià)格、可靠性等方面均存在一定的局限性，特別是在復(fù)雜、惡劣的工業(yè)環(huán)境下難以達(dá)到長(zhǎng)期、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測(cè)量，因此，有必要利用新原理、新方法研制更加優(yōu)良的測(cè)量?jī)x表。同時(shí)，靜電檢測(cè)技術(shù)在氣固兩相流參數(shù)檢測(cè)及航空發(fā)

2、動(dòng)機(jī)尾氣監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的成功應(yīng)用，促進(jìn)了這項(xiàng)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(yīng)原理的轉(zhuǎn)速測(cè)量新方法，通過檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件表面的靜電荷，獲取旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速信息。針對(duì)傳感器感應(yīng)機(jī)理建模、傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)開發(fā)、測(cè)量系統(tǒng)性能評(píng)估等方面進(jìn)行了較為深入的研究:
　　(1)首次將靜電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)速測(cè)量領(lǐng)域，提出了基于靜電傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法。根據(jù)被測(cè)轉(zhuǎn)軸和安裝環(huán)境的限制，具體分為三種測(cè)量方式:基于單傳感器和信號(hào)自

3、相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)速測(cè)量;基于雙傳感器和信號(hào)互相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)速測(cè)量;基于多傳感器和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的轉(zhuǎn)速測(cè)量。
　　(2)針對(duì)靜電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的物理模型，基于點(diǎn)電荷的思想建立了條形靜電傳感器的數(shù)學(xué)模型。深入研究了傳感器的空間靈敏度、頻率響應(yīng)、空間濾波長(zhǎng)度、帶寬等感應(yīng)特性，為靜電傳感器的性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M點(diǎn)電荷在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的三維空間靜電場(chǎng)，分析了條形靜電傳感器的輸出特性，并與模型結(jié)果對(duì)比，從而驗(yàn)證了測(cè)

4、量方法的正確性和數(shù)學(xué)模型的有效性。
　　(3)基于靜電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量原理，設(shè)計(jì)傳感器感應(yīng)單元、微弱信號(hào)檢測(cè)電路、相關(guān)信號(hào)處理算法以及多數(shù)據(jù)融合算法，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的集成。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)顯示旋轉(zhuǎn)速度、信號(hào)的靜電強(qiáng)度和相關(guān)系數(shù)，而且能夠記錄這些測(cè)量參數(shù)信息，有助于進(jìn)一步分析系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
　　(4)針對(duì)靜電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的三種組態(tài)（單傳感器、雙傳感器和多傳感器）進(jìn)行性能評(píng)估。通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，分別確定測(cè)量系