[发明专利]一种转子轴向位移、转速及倾斜角度的径向集成测量方法

说明书

一种转子轴向位移、转速及倾斜角度的径向集成测量方法，在被测转子外固定标准测量条码，标准测量条码是由两种不同反射率的材料形成具有特定规律的条码，在被测转子的径向布置光电传感器，光电传感器对准所述标准测量条码的中心，并以此时传感器中心组成的平面为基准平面，测量及计算该转子相对此基准平面的轴向位移、转速以及倾斜角度；本发明通过固定在待测转子外的标准测量条码以及径向布置的光电传感器测量转动轴的轴向位移，不但可以在不增加轴向长度的情况下测量转动轴的轴向位移、转速和偏斜状态，而且安装方便，无需对待测轴进行加工改造，大大提高了适用性。

技术领域

本发明涉及传感器技术和间隙或位移测量技术领域，特别涉及一种转子轴向位移、转速及倾斜角度的径向集成测量方法。

背景技术

旋转机械向高速、高精度的方向发展，对转子的运转状态监测要求不断提高。转子的轴向位移是反应转子及整个机械系统运转状态的关键指标之一：机床主轴转子轴向位移的大小关乎加工的精度；电磁轴承转子需要通过测量转子的轴向位移信息进行控制，否则将造成转子无法平衡，甚至造成更加严重的后果。

对高速转子轴向位移进行测量的场合，通常要求进行非接触测量。转子非接触式位移测量通常采用电涡流位移传感器或电容位移传感器。电涡流位移传感器测量转子轴向位移的常用方法是将传感器正对转子端部(如图1)，或者正对设置在转子上的止推盘(如图2)，当转子产生轴向位移时，由于涡流效应，传感器探头将感应到位移变化，实现位移测量。这种测量方法的主要问题为：图1中的方法会增加轴向长度，且还有可能由于转子的径向位置变化使测量结果不能真实反映转子的轴向位移；图2中的测量方法中，止推盘的装配偏斜或者表面偏斜时，即使转子不产生轴向位移，位移传感器的输出也会随着转子的旋转而产生波动。在转子尺寸较大时，即使止推盘偏斜角度很小也会引起较大的波动量，从而严重影响转子的轴向位移测量精度。

目前，为了缩减转子的轴向尺寸，发展了许多径向测量转子轴向位移的方法，其主要思路是将电涡流传感器置于转子的径向，同时在转子表面设置由不同材料的组成的测量环，利用电涡流传感器对材料敏感的特性来反映转子的轴向位移。这种方法可以一定程度上降低前述轴向测量方法的误差，提高测量精度。但是，这些方法需要对转子进行较大程度的改造，而且容易受到电磁干扰，在恶劣环境中抗干扰能力较差。因此，迫切需要新的轴向位移测量方法，在尽量不改变转子原有结构的基础上，提高测试精度及抗干扰性能。

专利US20090052825A1使用金属或磁性材料制作而成的编码盘固定在转子上，条码在圆盘表面均匀分布，而且形状为“V”字形，随转子一起旋转，但需要对转子进行结构上的改动，增加结构复杂度。传感器只能采用霍尔传感器或涡流传感器，径向距离必须在一定的范围内，而且此范围对于高精度传感器很小。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种转子轴向位移、转速及倾斜角度的径向集成测量方法，能够解决转子轴向空间受限的情况下对轴向位移的测量问题，同时能够解决现有的轴向位移径向测量方法中电涡流传感器抗干扰能力差、对材料敏感且安装结构复杂使用不便的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种转子轴向位移、转速及倾斜角度的径向集成测量方法，包括以下步骤：

(1)将标准测量条码8粘贴在待测转子7上，并随待测转子7一起运动，所述的标准测量条码8的表面展开图为两种不同反射率的材料(8a，8b)形成交替出现的等腰三角形，标准测量条码的接口处为矩形条码；

(2)在垂直于待测转子7轴线的平面内均匀布置多个光电传感器9，光电传感器9在测试标准测量条码8上不同反射率的条码时输出高低电平；

(3)以光电传感器9所在的初始平面为基准平面，根据光电传感器9输出的信号进行信号微分、边缘检测及结果计算显示模块，同时得到待测转子7的轴向位移、转速及倾斜角度。

所述的步骤(3)具体为：