[实用新型]基于三点切向速度法的转速测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量旋转物体转速的转速测量装置，尤其是能够进行非接触式测量和瞬时转速测量及显示的手持式转速表。 

背景技术

检测电动机、发动机等主轴转速的方法分为接触式和非接触式，接触式是将转速表安装在被测物体上，要增加被测物的负载和影响被测物的转动。而非接触式转速表不增加被测物的负载和不影响被测物的转动，因此，测量小型和微型机械的转速宜采用非接触式。目前，非接触式转速表有电子计数式、频闪式、电磁式等，它们在测量前都需要对转轴进行安装反光标记或增加齿轮等辅助工具，但有时往往在某些条件下不适合安装辅助工具，例如在转轴截面上油污不好清理无法粘贴、电机主轴被玻璃罩封闭或由于旋转机械不能够停机安装辅助工具等特殊情况下，这些转速表就无法实施测量了。有些频闪式转速表虽然不需要贴反光标，但需要人的眼睛进行识别后，手动调整闪光频率获得转速，智能化非常低，引入误差比较大。 

经对现有技术文献的检索发现，中国专利授权公告号CN201069443Y，专利名称为：基于图像识别定位的转速测量装置，经参看其说明书中的描述，发现有两点问题值得探讨：第一是需要预先知道被测量轴的直径，输入直径数值后进行测量，这样在技术资料不足的情况下很难开展。第二是在转轴直径比较大的情况下需要安装延长测量段来给出直径大小，这样利用加载辅助工具的测量方法，实施方式比较繁琐，而且转动过程中还容易出现事故。 

发明内容

为了克服现有非接触转速测量方式需安装反光标识等辅助工具的繁琐，以及不能进行实时转速曲线的显示，本实用新型设计了一种等腰直角三角形的三点式测量结构，通过测量转体横截面的任意三点切向速度的方法，来实现转体转速的非接触无标记测量和实时转速测量曲线的显示。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：转速测量装置包括：三个切向位移测量模块，ARM处理器为核心的嵌入式系统，液晶显示装置；三个切向位移测量模块中的透镜的主光轴相互平行且垂直于转轴横截面，同时透镜主光轴与截面的交点排列成等腰直角三角形的平面几何结构，其用于测量转轴横截面对应被测点的切向位移，并分别与用于解算三点切向速度法数学模型的嵌入式系统电连接，嵌入式系统与用于输出显示的液晶显示装置电连接；其中切向位移测量模块包括：一个一定曲率半径的光学透镜，一个激光光源，一个光感应器件，一个控制器；透镜在光感应器件的前方组成图像采集系统，光感应器件与控制器电连接，为使测量距离固定，激光光源的光束方向与透镜主光轴方向成一定角度放置并与光感应器件电连接。 

通过切向位移测量模块，可以获得在一定时间内物体相对测量模块切向运动的位移。用三个切向位移测量模块来测量转轴横截面对应被测点的切向位移，得到的数字信号经过接口电路传输给控制器作累加处理，然后由嵌入式处理器取值，处理器通过三点切向速度法测量原理的数学模型进行数学解算并得到转速值，将转体转动一个周期内所测得的所有转速值作为显示输出的一帧，通过嵌入式处理器内部的LCD驱动单元驱动液晶屏进行实时曲线的显示。这一周期内的转速平均值作为转体的转速值进行显示。 

三点切向速度法测量原理：参见图4和图5，它们分别为大小两个转轴的横截面，并分别绕着各自的转动中心O旋转，A、B、C三点为被测转轴横截面上面的三个测量点，它是被切向位移测量模块中的激光光源照射到的任意三点，由于测量模块垂直于转轴横截面，因此这三个测量点也构成等腰直角三角形结构。通过这个三角形与转动中心的位置关系，可以建立这三点切向速度与转轴转动角速度之间关系的数学模型。设A、B、C三点的切向速度分别为v₁、v₂、v₃，转动半径为r₁、r₂、r₃，三角形直角边边长为l（为已知条件由测量模块安装距离确定），转轴转动角速度为ω，作辅助线BN垂直于AO，CM垂直于AO，设∠BAN=α，并可证明∠ACM=α。因此，AN=l·cosα，BN=l·sinα，通过勾股定理可得到方程： 

（1）

应用同样的方法可得到另一个方程：

（2）