专利名称：基于三点切向速度法的转速测量装置的制作方法
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，儿从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。设儿从^三点的切向速 度分别为6、6、&，转动半径为三角形直角边边长为/ (为已知条件由测量模块 安装距离确定)，转轴转动角速度为《，作辅助线^V垂直于J^Oi垂直于J0，设Z^tV= ο·， 并可证明Z ACM= a。因此，^V=/ - cos a , BN=I · sin α，通过勾股定理可得到方程
权利要求1.基于三点切向速度法的转速测量装置，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，其特征在于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。
2.根据权利要求1所述的基于三点切向速度法的转速测量装置，其特征是切向位移 测量模块包括光学透镜、激光光源、光感应器件、控制器；透镜在光感应器件的正前方组成 图像采集系统，光感应器件与控制器电连接，激光光源与光感应器件电连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于三点切向速度法的转速测量装置，其特征是嵌入 式系统依照ps2协议与切向位移测量模块中的控制器进行通讯。
4 根据权利要求2所述的基于三点切向速度法的转速测量装置，其特征是切向位移 测量模块中的激光光源的安装位置应满足当透镜主光轴与光束相交于转轴截面上时，其 光束与透镜主光轴的夹角角度，等于光源与透镜主光轴之间的距离除以透镜与被测表面间 的距离所得结果的反正切值。
专利摘要一种基于三点切向速度法的转速测量装置。其包括三个切向位移测量模块、以ARM处理器为核心的嵌入式系统、液晶显示装置；这种非接触式切向位移测量模块，可以获得在一定时间内物体相对其切向运动的位移，利用它设计了一种测量结构将三个切向位移测量模块垂直于转轴横截面排列成等腰直角三角形的平面几何结构，通过这种结构，建立了转速测量的数学模型，经嵌入式处理器的数学解算得到转速值并输出显示。因此，通过这种测量转体横截面的任意三点切向速度的方法，实现了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。
文档编号G01P3/36GK201867419SQ20102059218
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者侯兴勃, 刘冬冬, 张宏宇, 闫道广, 高川 申请人:高川