一种测量细长轴转子内阻尼的方法技术

本发明专利技术涉及一种测量细长轴转子内阻尼的方法，将细长轴转子水平静态放置在试验台上，振动加速度传感器贴装于转子表面，锤击水平放置的静态转子，通过振动加速度传感器测出振动信号，信号经过滤波、放大后，再通过示波器处理后获得转子模态振幅，再通过具体算法可精确测量出转子内阻尼。该方法操作简单，容易实现，给测量细长轴转子内阻尼提供极大便利，并且提高了测量转子内阻尼的精度和效率。

Method for measuring internal damping of slender shaft rotor

The invention relates to a method for measurement of slender shaft rotor damping, rotor level of slender shaft placed in the static test, vibration acceleration sensor mounted on the surface of the rotor, the rotor static hammer horizontal, vibration signal measured by acceleration sensors, signal after filtering and amplification, and then processed by the oscilloscope get the rotor mode amplitude, and then through the specific algorithm can accurately measure the rotor damping. This method is easy to operate and easy to implement. It provides great convenience for measuring the internal damping of the slender shaft rotor and improves the accuracy and efficiency of measuring the damping in the rotor.

【技术实现步骤摘要】
一种测量细长轴转子内阻尼的方法
本专利技术涉及一种测量转子内阻尼的的方法，尤其涉及一种精确测量细长轴转子内阻尼的方法。
技术介绍
磁悬浮电机技术的日趋成熟，其应用也越来越广泛，比如在航空航天领域的磁悬浮飞轮、磁悬浮控制力矩陀螺，在工业生产中的高能量密度电机，在清洁能源领域的磁悬浮空气压缩机、分子泵等。磁悬浮电机能够广泛应用主要是因为其具有高转速、无接触、无摩擦、使用寿命长等优点，关键技术是采用了细长轴控制支承转子高速稳定运转。因而细长轴转子在整个系统中尤为重要，精确测量转子的各项参数是很重要的，对于整个系统的稳定性、安全性和经济性都产生重大影响。目前，测量转子内阻尼，主要有半功率带宽法、修正半功率带宽法以及模态拟合法。由于半功率带宽法和修正半功率带宽法在频域内进行，必须进行FFT变换，能量泄漏无法避免，导致影响测量转子内阻尼的精度。同时模态拟合法需要良好的工作条件，比如激励条件充分、很好的信噪比、足够的频率分辨力，并且，模态拟合法实施困难，对设备有很高的要求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，利用振动加速度传感器，再通过示波器的分析处理，提高了测量细长轴转子内阻尼的精度和效率，并且降低了方法实施的难度。本专利技术的技术解决方案是：一种测量细长轴转子内阻尼的方法，包括以下步骤：(a)锤击静态水平放置的细长轴转子，贴装在转子表面的振动加速度传感器检测到振动信号，采集振动加速度传感器输出信号XOUT和YOUT，采集的信号分别经过低通滤波电路后以差动形式接入放大电路，输出电压UOUT。XOUT和YOUT为振动传感器采集的原始信号，UOUT为输出的电压信号，直接连入示波器中。(b)示波器将电压信号UOUT进行处理，处理成以周期为Td的余弦信号，可以测出余弦信号的峰值，并且模态频率ωn可直接由示波器读出，因为示波器处理之后的信号单位为dBV，即将电压信号转化为分贝信号，因而，读出示波器第i个周期最大模态振幅UdB_i和对应时间Ti以及第i+1个周期最大模态振幅UdB_i+1和对应时间Ti+1，确定第i个周期最大模态振幅UdB_i与第i+1个周期最大模态振幅UdB_i+1之差的绝对值为ΔUdB，并且如下式所示：ΔUdB＝|UdB_i-UdB_i+1|其中i＝1，2，3，……，N，N为示波器采样点数，第i个周期最大原始模态振幅Ui，即未进过示波器处理的第i个周期的最大电压峰值，可用下式表示：20lgUi＝UdB_i其中第i+1个周期最大原始模态振幅Ui+1，即未进过示波器处理的第i+1个周期的最大电压峰值，可用下式表示：20lgUi+1＝UdB_i+1其中：Td为两个峰值之间的时间差，即余弦信号周期，可用下式表示：Td＝Ti+1-Ti(c)测出的ΔUdB＝|UdB_i-UdB_i+1|经过以下算法公式，可直接求出内阻尼公式如下：转子脉冲响应如下：其中：A为脉冲响应幅值；ζ为转子内阻尼；ωn为模态频率；ti为时间；θ是脉冲响应的相位角。第i个周期最大原始模态振幅Ui，如下式所示：第i+1个周期最大原始模态振幅Ui+1，如下式所示：将Ui和Ui+1相比可得：两边取对数可得：化简上式可得：即：所述步骤(a)中的XOUT和YOUT为原始电压值，通过滤波电路后可以实现对信号的去齿距和噪声削弱，通过滤波减少噪声底密度，提高测量精度，本专利技术所采用振动加速度传感器型号为ADXL203，其输出信号带宽的典型值为2.5kHz，对信号进行滤波，可以有效防止频率混叠。ADXL203可根据实际需要来改变滤波电容C2来设置输出信号带宽，信号带宽越小，噪声越小，因而精度越高。所述步骤(b)中的UOUT为调理电路输出值，示波器对UOUT进行合成处理，可得到以周期为Td的可直接测量的最大原始模态振幅Ui，并且在原有值的基础上，为了方便后续的测量计算，将原始电压值Ui转化为易于测量的以分贝为单位的值UdB_i。本专利技术的原理是：振动加速度传感器ADXL203输出为连续信号，可以全范围反应细长轴转子的振幅特性，输出的两轴信号分别经过滤波电路实现去齿距和噪声削弱，这样减少噪声底密度，提高测量精度，并且两组信号以差分方式接入放大电路，使信号放大至利于示波器处理分析范围，示波器将信号UOUT进行处理，形成以分贝为单位的余弦信号，通过示波器直接测量得出相邻峰值之差绝对值ΔUdB和周期Td，测出的ΔUdB和Td可直接带入算法公式中，最后得出细长轴转子内阻尼ζ。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提出了的测量细长轴转子内阻尼的方法，操作简单，易于实现，可适用于大多数场合，调理电路可灵活调节输出范围，提高了振动加速度传感器信号调理的精度和效率。(2)本专利技术所采用的方法只需要借助示波器就可精确测量转子内阻尼，无需大量工作，工作量小。附图说明图1为本专利技术系统流程图；图2为细长轴转子与振动加速度传感器位置关系示意图；图3为系统组织连接图；图4为T1时刻下示波器工作图；图5为T2时刻下示波器工作图；图6为振动加速度传感器调理电路图。具体实施方式如图1、2、3、4、5、6所示，本专利技术的具体方法如下：(a)如图2、图3、图6所示，图2为振动加速度传感器贴装于转子表面示意图，图3为系统组织连接图，即传感器、调理电路及示波器之间的连接图，图6为振动加速度传感器调理电路图，包括滤波电路和差动放大电路两部分。锤击静态水平放置的细长轴转子，贴装在转子表面的振动加速度传感器检测到振动信号，振动加速度传感器输出信号XOUT和YOUT分别接入低通滤波电路，所采用振动加速度传感器型号为ADXL203，其输出信号带宽的典型值为2.5kHz，对信号进行滤波，可以有效防止频率混叠。ADXL203可根据实际需要来改变滤波电容C2来设置输出信号带宽，滤波电容和信号带宽的关系如下式所示：其中F表示带宽值，RFILT表示ADXL203的内部标称电阻，C2代表C2电容值。为了使ADXL203输出信号带宽为1kHz，已知ADXL203的内部标称电阻RFILT为16KΩ，我们将电容C2的大小确定在0.01μF。ADXL203的典型输出值为0.15V，因而要分别给两个信号接入放大电路使信号保真，放大比例为4。XOUT和YOUT经过滤波放大电路后，再以差动形式接入比例为5的放大电路，差动形式能提高整个系统的精度，最后通过合理设置参数，可将输出信号UOUT调到0～3V范围内，以方便示波器读取和分析处理。(b)如图4、图5所示，图为示波器将图6中电压信号UOUT进行处理，处理成余弦信号，可以测出余弦信号的峰值，并且模态频率ωn可直接由示波器读出，因为示波器处理之后的信号单位为dBV，即将电压信号转化为分贝信号。因而，读出示波器第i个周期最大模态振幅UdB_i和对应时间Ti以及第i+1个周期最大模态振幅UdB_i+1和对应时间Ti+1。如图4和图5所示，我们取第1个和第2个周期，读出示波器第1个周期最大模态振幅UdB_1和对应时间T1以及第2个周期最大模态振幅UdB_2和对应时间T2，确定第1个周期最大模态振幅UdB_1与第2个周期最大模态振幅UdB_2之差的绝对值为ΔUdB，并且如下式所示：ΔUdB＝|UdB_1-UdB_2|其中第1个周期最大原始模态振幅U1，即未进过示波器处理的第1个周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量细长轴转子内阻尼的方法，其特征在于：通过如下步骤实现：(a)锤击静态水平放置的细长轴转子，贴装在转子表面的振动加速度传感器检测到振动信号，采集振动加速度传感器输出信号X

【技术特征摘要】
1.一种测量细长轴转子内阻尼的方法，其特征在于：通过如下步骤实现：(a)锤击静态水平放置的细长轴转子，贴装在转子表面的振动加速度传感器检测到振动信号，采集振动加速度传感器输出信号XOUT和YOUT，采集的信号分别经过低通滤波电路后以差动形式接入放大电路，输出电压UOUT，XOUT和YOUT为振动传感器采集的原始信号，UOUT为输出的电压信号，直接连入示波器中；(b)示波器将电压信号UOUT进行处理，处理成以周期为Td的余弦信号，可以测出余弦信号的峰值，并且模态频率ωn可直接由示波器读出，因为示波器处理之后的信号单位为dBV，即将电压信号转化为分贝信号，因而，读出示波器第i个周期最大模态振幅UdB_i和对应时间Ti以及第i+1个周期最大模态振幅UdB_i+1和对应时间Ti+1，确定第i个周期最大模态振幅UdB_i与第i+1个周期最大模态振幅UdB_i+1之差的绝对值为ΔUdB，并且如下式所示：ΔUdB＝|UdB_i-UdB_i+1|其中i＝1，2，3，……，N，N为示波器采样点数，第i个周期最大原始模态振幅Ui，即未进过示波器处理的第i个周期的最大电压峰值，可用下式表示：20lgUi＝UdB_i其中第i+1个周期最大原始模态振幅Ui+1，即未进过示波器处理的第i+1个周期的最大电压峰值，可用下式表示：20lgUi+1＝UdB_i+1其中：Td为两个峰值之间的时间差，即余弦信号周期，可用下式表示：Td＝Ti+1-Ti(c)测出的ΔUdB＝|UdB_i-UdB_i+1|经过以下算法公式，可直接求出内阻尼，转子脉冲响应如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：郑世强，陈诚，刘刚，韩邦成，王灿，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11