高速气体离心旋转设备转速测量系统的研究与实现

　　高速气体离心旋转设备在工业、医学方面的应用非常广泛,设备的运行状态主要由转速和摩擦功耗这两个参数来判断,由于高速离心旋转设备转速可达到1600转/秒,采用常规的测量方法很难达到测量要求,特别是在工业化大规模的生产中,如何快速、准确地测量转速及摩擦功耗就显得非常重要。文章将对高速气体离心旋转设备转速测量进行研究。

　　1　高转速多通道转速测量系统实现原理

　　转速测量方法多种多样,且与选用的传感器类型有关,但概括起来有主要有脉冲数字式和电压模拟式两种。电压模拟式测速原理是:电机每转输出的脉冲信号频率与电机转速成正比,然后通过频压变换将脉冲信号转换成反映转速高低的模拟电压,为保证f/v线性变换,f必须变成宽度一定的脉冲,事先由单稳电路定宽,然后经由运放组成的低通滤波器把频率变换成直流电压。

　　脉冲数字频率测量方法的基本原理是:电机每转一圈,传感器输出的脉冲数一定,输出脉冲频率随着电机转速的不同而变化,频率与转速成正比,能测量其频率,通过计算就能得到转速。常用脉冲数字频率测量方法有测频法(简称M法),测周法(简称T法)和频率/周期测量法(简称M/T法)。M法是在给定的闸门时间内,测量被测信号的脉冲个数进行换算得出被测信号的频率,当转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时,才有较高的测量精度;T法是通过测量被测信号的周期,然后换算出被测信号的频率,因此T法在被测转速较低时,信号的周期很长时,才有较高的测量精度;M/T法具有M法和T法的优点,是目前脉冲数字频率测量方法中使用比较广泛的一种测量方法,其核心思想是通过闸门信号与被测信号同步,将闸门时间T控制为被测信号周期的整数倍,测量时,当检测到被测信号脉冲上升沿到达时开始计数,而且同时对被测信号和标准时钟信号两种脉冲信号进行计数,待检测到被测信号另一个脉冲上升沿到达时才停止计时,完成测量被测信号整个周期的过程,原理见图1。在整个测速时间内,被测信号的脉冲计数值为整数(无误差),只有标准时钟信号的脉冲计数值会产生±1的误差,但是通过提高标准时钟信号的频率,可以让这个误差的影响忽略,因此,只要“同时性”处理得当,M/T法在高速和低速时都有较高的测量精度。

　　设闸门时间Ts为被测信号的Nx个周期,标准时钟计数值为Ns,频率为fs,则被测信号的频率值为:

　　气体离心旋转设备每转一周,在转速传感器上感应出6个脉冲信号,经过传感器的电路转换,输出的是频率为f的正弦波电信号,经过整形处理为同频率方波信号后,测量方波的频率就可以得到气体离心旋转设备转速为: