[发明专利]用于确定旋转角的方法

说明书

为传递转矩，在机器中可使用旋转轴联轴器。对于机器，可能要求通过联轴器连接的部分轴不相互旋转地在它们零位置相互联接，且要求两个部分轴旋转过的旋转角是已知的。

在可松开联轴器中，在每次重新联接后必须新确定旋转角。此类可松开联轴器例如在燃气和蒸汽轮机发电站(GUD)中使用，其中，燃气轮机通过轴与蒸汽轮机连接。可松开联轴器在此布置在燃气轮机和蒸汽轮机之间。对于发电站设备的全过程，确定部分轴之间的旋转角具有特别的意义。

迄今为止，对旋转轴中的旋转角的测量通常如下进行：

将两个轴通过可松开联轴器以任意角度相互连接。两个轴的0°位置通过零标记限定，例如通过缺口限定。两个缺口相互旋转且张成所检测的联接角。

根据现有技术，缺口通过光学或感应传感器测量，利用其可记录时间分辨的信号。对于两个部分轴的每个获得信号曲线。现在，当转数已知时，联接角可由两个轴的信号之间的时间差计算出。

测量的信号的精度是不精确的，其原因是轴内通常的缺口的信号宽度窄，且此外可能存在干扰信号。由此导致的误差总计可达±30°。

为自动计算联接角，根据所述时间差由阶次分析确定各第一阶的角度。在实践中，为此使用商用的双通道FFT分析器或阶次分析器，它们从时间信号和各0°缺口计算出各1x相位值，由所述1x相位值的差计算得到联接角。

用于确定第一轴部分和第二轴部分之间的角的已知方法的缺点特别地是计算结果的误差大。信号干扰，例如由网络波动引起的信号干扰也导致有误差的结果。

本发明所要解决的技术问题是建议一种方法，以此方法可以以小于±1°的误差计算旋转机器中的第一轴部分和第二轴部分之间的角。

通过一种方法解决了此技术问题，其中，作为旋转角的参考的第一轴部分的0°位置提供了第一轴信号，且第二轴部分的0°位置提供了第二轴信号。第一轴信号和第二轴信号分别通过傅立叶分析被分解为简谐振动的频率分量。其中对于第一轴信号形成频率f_n1且对于第二轴信号形成频率f_n2，其中，各频率分别表示为由其第n阶的辐值a_n和相位φ_n组成的复数相量z_n，其中每个相量z_n描述了各自的频率f_n的角速度ω_n。然后对于频率f_n1和频率f_n2，将复数相量z_n的各自的相位角φ_n分别除以其阶次n，以此形成归一化的复数相量N_n，且将归一化的复数相量N_n复数相加，使得由频率f_n1形成第一相加复数相量z_g1，且由频率f_n2形成第二相加复数相量z_g2。相加的复数相量z_g的长度等于各个单个复数相量z_n的长度的算术和。由第一相加复数相量z_g1和第二相加复数相量z_g2张成的角度对应于角度α。

本发明基于如下考虑，即用于从更高阶次的频率向第一阶频率回推的理论方法使得脉冲形测量信号的精度提高。

轴信号包括频率分量，且在考虑所记录的轴信号的角度时包括阶次分量。例如在转数为50Hz时，第一阶为50Hz，第二阶为100Hz，等。因为阶次已含有转数，所以第一阶总是为转数，且更高的阶次n为转数的n倍。所有所考虑的频率分量或阶次分量的加和给出了轴信号。不同阶次的频率通过轴信号的傅立叶分析得到。

本发明现在利用了如下事实，即所考虑的阶次越高，则旋转角确定的精度越高。在根据本发明的方法中，因此考虑了更高分量的相位，且如果在第一阶频率范围内出现了干扰频率(例如，网络发散)则对于测量不考虑第一阶频率。但更高阶次的频率/相位不能直接回推到0°相位信息，因为更高阶次的频率/相位由于角函数的周期性而不是唯一的。因此，在更高阶次的频率中出现了多个角度。通过将多个更高阶次的频率一起考虑，实现了角度的唯一计算。这通过将更高阶次的频率以复数相量图示且复数相加来进行。复数相加在此起到平均的作用。相加的复数相量的长度等于各个单个复数相量的长度的算术和。相加复数相量的角λ现在近似等于部分轴相互旋转过的角α。

通过根据本发明的方法，可以以最小误差计算第一轴部分和第二轴部分之间的角。这特别地通过对各频率的平均和对具有误差的分量的去除来实现。