[发明专利]一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法

权利要求书

1.一种利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、在叶根轮毂内安装2个加速度传感器，分别为第一加速度传感器和第二加速度传感器，2个加速度传感器的相互位置满足以下条件：

a1、第一加速度传感器和第二加速度传感器位于以叶轮旋转中心为圆心的圆周上，第一加速度传感器和第二加速度传感器之间的圆弧为90°；

a2、2个加速度传感器的监测方向轴线所在平面垂直于叶轮旋转中心轴线；

a3、2个加速度传感器的监测方向轴线的交点在叶轮旋转中心轴线上，即2个加速度传感器的旋转中心轴线与叶轮旋转中心轴线重合；

a4、第一加速度传感器的监测方向轴线设置于第一叶片的叶根法兰轴线和叶轮旋转中心轴线所在平面内；

S2、当叶轮转动时，2个加速度传感器分别将监测到的加速度数据传输至单片机；

S3、单片机根据加速度数据计算叶轮转速和叶轮转角位置，包括以下过程：

S3.1、将第一加速度传感器监测到的加速度关于时刻t的函数记为a₁(t)，将第二加速度传感器监测到的加速度关于时刻t的函数记为a₂(t)，叶轮转速的表达式为：

式中，ω为叶轮转速，r为2个加速度传感器距叶轮旋转中心轴线的距离；

S3.2、设加速度传感器的采集间隔为ΔT，则对于任意时刻t₁有以下关系：

式中，a₁(t₁)为t₁时刻第一加速度传感器的监测值，a₁(t₁+ΔT)为t₁₊ΔT时刻第一加速度传感器的监测值，a₂(t₁)为t₁时刻第二加速度传感器的监测值，a₂(t₁+ΔT)为t₁₊ΔT时刻第二加速度传感器的监测值；

S3.3、根据S3.1和S3.2的表达式计算得到任意时刻叶轮转速；

S3.4、根据以下情况分类计算得到叶轮转角：

b1、若cosα＝1，则叶轮转角α＝0°；

b2、若cosα＝-1，则叶轮转角α＝180°；

b3、若cosα＝0，且cos(α+π/2)＝-1，则叶轮转角α＝90°；

b4、若cosα＝0，且cos(α+π/2)＝1，则叶轮转角α＝270°；

b5、若0＜cosα＜1，且-1＜cos(α+π/2)＜0，则叶轮转角通过以下公式计算：

α＝arccos[(ω²r-a₁(t₁))/(gcosβ)]；

式中，β为2个加速度传感器的旋转中心轴线和水平面的夹角；

b6、若0＜cosα＜1，且0＜cos(α+π/2)＜1，则叶轮转角通过以下公式计算：

α＝360°-arccos[(ω²r-a₁(t₁))/(gcosβ)]；

b7、若-1＜cosα＜0，且0＜cos(α+π/2)＜1，则叶轮转角通过以下公式计算：

α＝360°-arccos[(ω²r-a₁(t₁))/(gcosβ)]；

b8、若-1＜cosα＜0，且-1＜cos(α+π/2)＜0，则叶轮转角通过以下公式计算：

α＝arccos[(ω²r-a₁(t₁))/(gcosβ)]。

2.根据权利要求1所述的利用加速度传感器测量叶轮转速和转角位置的方法，其特征在于：在步骤S3计算叶轮转速和叶轮转角位置之前，单片机基于环境温度数据和振动数据对加速度数据进行修正处理。