本文關(guān)鍵詞：基于光電池線陣對的瞬時轉(zhuǎn)速遙測原理及特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：旋轉(zhuǎn)機械是一種廣泛存在的機械結(jié)構(gòu)形式,如輪船的螺旋槳、武器執(zhí)行機構(gòu)的瞄準及跟蹤裝置、各類加工機床的傳動鏈等。旋轉(zhuǎn)參量如轉(zhuǎn)速、角位移和角加速度等是確定這些轉(zhuǎn)動裝置或旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運動特性的重要參數(shù)。通過精確測量瞬時角速度,可以了解旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和性能,判斷它們的運動特性,提高其運動過程控制的準確性,還可用于獲取故障信息而用于系統(tǒng)的故障診斷等。因此角速度的準確測量具有極重要的意義,在機械檢測技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用。針對目前轉(zhuǎn)速傳感器普遍存在的、需附加額外標記或同軸安裝精密分度盤的不足,本文基于空間濾波技術(shù),提出了用一對光電池線陣來遙測轉(zhuǎn)速的方法,研究了該轉(zhuǎn)速傳感方法的基本原理,分析了該傳感方法的特性。在闡述了國內(nèi)外轉(zhuǎn)速測量的研究現(xiàn)狀后,介紹了空間濾波測速技術(shù)的發(fā)展歷史、技術(shù)特點及應(yīng)用范圍;詳細介紹了基于空間濾波技術(shù)的角速度傳感原理,即用多個光電池構(gòu)成兩個光電池線陣,該兩個光電池線陣平行排列且相距一定距離構(gòu)成空間濾波轉(zhuǎn)速傳感器。該空間濾波轉(zhuǎn)速傳感器兼有空間濾波和光電轉(zhuǎn)換的作用,可用于被測體轉(zhuǎn)速量值及旋轉(zhuǎn)方向的傳感。提出了空間濾波轉(zhuǎn)速遙測中基于中心頻率相對變化比值的旋轉(zhuǎn)中心定位法和基于頻譜峰值相對變化的旋轉(zhuǎn)中心定位法。基于中心頻率相對變化比值的旋轉(zhuǎn)中心定位法是利用差分空間濾波轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號的兩個中心頻率f_1、f_2及其變化計算系數(shù)j,由j值符號、f_1與f_2的相對大小來確定旋轉(zhuǎn)中心成像點的位置區(qū)域�；陬l譜峰值相對變化的旋轉(zhuǎn)中心定位法是將差分空間濾波轉(zhuǎn)速傳感器輸出的兩路信號相加得到一個混合信號,用快速傅里葉變換(FFT)求取該混合信號的頻譜分布;待轉(zhuǎn)速平穩(wěn)時沿徑向移動該傳感器一段距離,再次用FFT計算得到混合信號的頻譜分布;根據(jù)移動前后混合信號的頻譜分布中兩個主峰值的移動趨勢可判定出被測體旋轉(zhuǎn)中心的位置區(qū)域。解決了空間濾波轉(zhuǎn)速遙測中旋轉(zhuǎn)中心位置區(qū)域辨識的問題。提出了空間濾波轉(zhuǎn)速遙測中基于功率譜的旋轉(zhuǎn)方向辨識法和基于微分相位的旋轉(zhuǎn)方向辨識法。基于功率譜的旋轉(zhuǎn)方向辨識法是利用占空比為1/2的空間濾波器輸出的兩路信號的功率譜密度互為共軛的特點,得到兩個線速度方向判別系數(shù)d_1、d_2。根據(jù)d_1、d_2的符號及f_1與f_2的大小關(guān)系,可同時判斷出被測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)向及旋轉(zhuǎn)中心的位置區(qū)域�；谖⒎窒辔坏男D(zhuǎn)方向辨識法是對基于功率譜的旋轉(zhuǎn)方向辨識法的進一步改進,即用多個光電池構(gòu)成一個占空比為1/4的復(fù)差分空間濾波轉(zhuǎn)速傳感器,并根據(jù)單個復(fù)差分空間濾波器輸出的兩路非平穩(wěn)窄帶信號正交的特點,計算得到一個與復(fù)差分空間濾波器處圖像的線速度方向有關(guān)的相位微分值;由復(fù)差分空間濾波轉(zhuǎn)速傳感器輸出的四路信號計算得到兩個相位微分值D_1、D_2。根據(jù)D_1、D_2的符號及f_1與f_2的大小關(guān)系,可同時判斷出被測體的瞬時旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)中心位置區(qū)域。解決了空間濾波轉(zhuǎn)速遙測中轉(zhuǎn)速方向判別的問題。分析了透射函數(shù)和空間周期數(shù)對空間濾波器性能的影響、空間占空比Δ對空間濾波信號頻譜的影響。結(jié)果表明,空間周期數(shù)、占空比不同時,空間濾波器輸出的信號具有不同的幅值及相位特點。此外,還分析了光學(xué)系統(tǒng)放大倍數(shù)的波動、傳感器的安裝偏心、被測體的軸向竄動和徑向晃動對轉(zhuǎn)速測量值的影響。結(jié)果表明,該轉(zhuǎn)速傳感方法不需要安裝任何基準分度盤,且傳感器的安裝偏心、被測體的軸向竄動,被測體的徑向晃動及平移等均不影響轉(zhuǎn)速值的傳感測量。分析驗證了本文提出的兩種旋轉(zhuǎn)中心定位法的正確性及其適應(yīng)條件,結(jié)果表明:在轉(zhuǎn)速相對平穩(wěn)時,所提出的兩種旋轉(zhuǎn)中心定位法能有效辨識出被測體旋轉(zhuǎn)中心的位置區(qū)域。驗證了本文提出的兩種旋轉(zhuǎn)方向辨識法的正確性;結(jié)果表明,基于功率譜的旋轉(zhuǎn)方向辨識法計算量小、應(yīng)用方便,可有效用于被測體旋轉(zhuǎn)方向的辨識;基于微分相位的旋轉(zhuǎn)方向辨識法實時性強、靈活性好,能快速準確的辨識被測體的瞬時轉(zhuǎn)速方向。基于光電池線陣對的轉(zhuǎn)速傳感方法,可實現(xiàn)自分度非接觸轉(zhuǎn)速傳感及其方向辨識,系統(tǒng)簡便,環(huán)境適應(yīng)性強,克服了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速傳感方法中需同軸安裝精密分度盤或基準標尺的問題,解決了空間濾波角速度傳感中旋轉(zhuǎn)方向難以實時辨別的難題,為固體轉(zhuǎn)速或液氣態(tài)物旋渦流速的測量建立了一個普適性強的檢測方法,具有良好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：光電池線陣對 雙差分空間濾波器 轉(zhuǎn)速遙測 旋轉(zhuǎn)方向辨識 特性分析
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH133;TN713;TP212
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題背景及研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 機械式轉(zhuǎn)速測量法13-14
• 1.2.2 磁電式轉(zhuǎn)速測量法14-15
• 1.2.3 光學(xué)式轉(zhuǎn)速測量法15-16
• 1.3 空間濾波測速中的方向辨識16-18
• 1.4 研究內(nèi)容18-20
• 第2章 基于光電池線陣對的速度遙測原理20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 空間濾波線速度測量原理20-26
• 2.2.1 被測體表面反射光分析20-21
• 2.2.2 光學(xué)棱鏡系統(tǒng)透射函數(shù)分析21-23
• 2.2.3 基于光電池線陣列的線速度測量原理23-26
• 2.3 基于光電池線陣對的轉(zhuǎn)速值傳感原理26-30
• 2.3.1 基于光電池線陣對的轉(zhuǎn)速傳感器26
• 2.3.2 轉(zhuǎn)速傳感原理26-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第3章 空間濾波轉(zhuǎn)速遙測中的旋轉(zhuǎn)中心定位及旋轉(zhuǎn)方向辨識32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 轉(zhuǎn)速遙測中的旋轉(zhuǎn)中心定位32-37
• 3.2.1 基于中心頻率相對變化比值的旋轉(zhuǎn)中心定位法32-34
• 3.2.2 基于頻譜峰值相對變化的旋轉(zhuǎn)中心定位法34-36
• 3.2.3 旋轉(zhuǎn)中心定位法存在的問題36-37
• 3.3 基于功率譜的旋轉(zhuǎn)方向辨識37-41
• 3.3.1 非差分型轉(zhuǎn)速傳感器37-38
• 3.3.2 方向判別系數(shù)38-40
• 3.3.3 旋轉(zhuǎn)方向辨識40-41
• 3.4 基于微分相位的旋轉(zhuǎn)方向辨識41-45
• 3.4.1 復(fù)差分空間濾波轉(zhuǎn)速傳感器41-43
• 3.4.2 微分相位43-44
• 3.4.3 旋轉(zhuǎn)方向辨識44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-48
• 第4章 基于光電池線陣對的轉(zhuǎn)速遙測特性分析48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 空間濾波信號的頻譜特性及其優(yōu)化48-52
• 4.2.1 透射函數(shù)與空間周期數(shù)48-49
• 4.2.2 空間占空比49-50
• 4.2.3 中心頻率提取方法50-52
• 4.2.3.1 常用中心頻率提取法的對比50-52
• 4.2.3.2 用傅里葉變換獲取中心頻率時的轉(zhuǎn)速測量分辨率52
• 4.3 轉(zhuǎn)速值測量的誤差源分析52-56
• 4.3.1 軸向竄動的影響53-54
• 4.3.2 徑向晃動的影響54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第5章 基于光電池線陣對的轉(zhuǎn)速遙測系統(tǒng)及驗證58-76
• 5.1 引言58
• 5.2 空間濾波轉(zhuǎn)速遙測系統(tǒng)58-62
• 5.2.1 光電池線陣輸出模擬信號的處理60-62
• 5.2.1.1 準正弦信號提取電路60-61
• 5.2.1.2 信號處理電路61-62
• 5.3 旋轉(zhuǎn)中心定位法的驗證62-67
• 5.3.1 基于中心頻率相對變化比值的旋轉(zhuǎn)中心定位法的驗證62-64
• 5.3.2 基于頻譜峰值相對變化的旋轉(zhuǎn)中心定位法的驗證64-67
• 5.4 轉(zhuǎn)速值及方向的驗證67-73
• 5.4.1 基于功率譜的旋轉(zhuǎn)方向辨識法的驗證67-70
• 5.4.2 基于微分相位的旋轉(zhuǎn)方向辨識法的驗證70-73
• 5.5 本章小結(jié)73-76
• 第6章 總結(jié)與展望76-80
• 6.1 工作總結(jié)76-77
• 6.2 本文創(chuàng)新點77-78
• 6.3 展望78-80
• 致謝80-82
• 參考文獻82-86
• 附錄86-87

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  本文關(guān)鍵詞：基于光電池線陣對的瞬時轉(zhuǎn)速遙測原理及特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：344630