【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种旋转轴系转速测量技术，特别涉及一种基于陀螺仪的旋转轴系转速测量方法。
技术介绍
1、目前，文献1(孙佳明.基于fpga的霍尔测速传感器系统[d].江苏科技大学,2017).分析了一种使用霍尔传感器测量转速的方法，通过采集运动中齿轮的凸凹变化频率从而实现转速测量。这种转速测量方式对齿轮的形状和加工工艺要求较高，并且霍尔传感器与齿轮的间距一般不超过2mm。文献2(杜琼,王永红,肖哲.增量式编码器对转速的测量方法与精度分析[j].电气时代,2022(09):72-75.)阐述了一种以增量式编码器的转速测量方法。该方法主要应用于由电机驱动的旋转设备中。文献3(宁传鹏.摩擦电式转速传感器的设计与实验[d].长春工业大学,2024.doi:10.27805/d.cnki.gccgy.2023.000781.)提出了一种基于摩擦电式的转速传感器。将摩擦纳米发电机安装到旋转的装置中,装置的旋转带动摩擦纳米发电机的转动,从而产生正弦波交流电信号,其中包含频率等相关信息。
2、陀螺仪是一种用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角速度检测装置，具有高精度、高响应频率的特点，被广泛应用于机器人、航海、航天等领域，用来检测并控制运动部件的俯仰、横滚和航向角度，起到姿态控制与惯性导航功能。文献4(陈出新,周雨辰,王晨晨,等.基于双频gps定位和陀螺仪姿态解算与霍尔传感器的多数据融合滤波定位算法研究[j].工业控制计算机,2023,36(08):125-126+129.)提供了一个可以通过gps定
3、当前针对旋转轴系设备的转速测量手段大多为文献1中提到的方式，转速测量机构由安装于轴旁的传感器和安装于轴上的齿轮组成，加工和现场安装工程量较大。而陀螺仪传感器目前主要应用于姿态控制与定位，并没有充分发挥其角度测量的能力。
技术实现思路
1、本专利技术是要提供一种基于mems陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，将mems陀螺仪芯片安装在随轴旋转的设备上，使其y轴的延长线过轴心。当轴旋转时，mems陀螺仪即会随轴旋转。由于mems陀螺仪的y轴延长线穿过轴心，旋转时可以等效于围绕其z轴旋转。因此，通过采集mems陀螺仪的z轴角度，并对其求导，即可得出转速与方向。该转速测量方法不需要轴旁传感器与齿轮，极大程度上简化了轴系旋转设备的加工流程与现场安装工程。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于mems陀螺仪测量旋转轴系设备的转速测量方法，用于转速转矩传感器的轴系旋转设备，采用测控系统，将mems陀螺仪芯片安装在随轴旋转的设备上，使其y轴的延长线过轴心，其步骤为：
3、步骤一:根据mems陀螺仪的测量原理，建立mems陀螺仪与被测轴系的空间坐标系，得出mems陀螺仪的安装方式；
4、步骤二：根据mems陀螺仪的安装方式，得出mems陀螺仪的顺时针和逆时针转速测量计算公式；
5、步骤三：根据mems陀螺仪，设计相应的采集、无线供电与无线信号传输方案。
6、步骤一中，包括：在实际应用中，被测旋转轴系与mems陀螺仪具有各自独立的三维空间坐标，其中，定义被测旋转轴系的轴心为其原点，x为俯仰轴，y轴为航向轴，z轴为横滚轴；定义mems陀螺仪中心为其远点，x1为俯仰轴，y1轴为航向轴，z1轴为横滚轴；
7、根据三维空间坐标的定义，采用mems陀螺仪与被测旋转轴系的空间安装方式，将mems陀螺仪的x1轴与被测旋转轴的x轴平行；mems陀螺仪的y1轴与被测旋转轴的y轴重合；mems陀螺仪的z1轴与被测旋转轴的z轴平行。
8、步骤二中，包括：根据步骤一中的mems陀螺仪与被测旋转轴系的空间安装方式，当被测轴顺时针旋转时，等效于被测轴绕z轴顺时针旋转。
9、更进一步，被测轴绕z轴顺时针旋转等效于mems陀螺仪绕z1轴顺时针旋转，mems陀螺仪实时采集角度位置，被测轴绕z轴顺时针旋转，其转速计算公式为：
10、
11、式中，ω为转速，单位为r/min，θ为角度，单位为度；
12、同理，被测轴绕z轴逆时针旋转等效于mems陀螺仪绕z1轴逆时针旋转，其转速计算公式为：
13、
14、式中，ω为转速，单位为r/min，θ为角度，单位为度。
15、步骤三中，包括：将mems传感器通过uart接口与旋转轴系设备的转子mcu连接，实现对mems传感器的供电与信号采集，再通过轴系旋转设备的无线信道将通过步骤二的公式计算得出的转速无线传输至采集端。
16、转矩转速传感器安装于旋转机构上，测控系统中的无线能量发射线圈和无线信号接收线圈安装于定子卡环内，无线能量接收线圈和无线信号发射线圈安装于转子卡环中；桥式应变片测量电路和转子电路板安装于传感器弹性体内。
17、转自电路板包含随轴旋转的mems陀螺仪芯片；测控系统的定子电路板安装于传感器定子基座内；转矩转速传感器定子端具备2个对外输出接口，分别是扭矩输出端口和转速输出端口，通过数据线连接至数采及显示装置。
18、本专利技术的有益效果是：
19、本专利技术将mems陀螺仪芯片安装在随轴旋转的设备上，使其y轴的延长线过轴心。当轴旋转时，mems陀螺仪即会随轴旋转。由于mems陀螺仪的y轴延长线穿过轴心，旋转时可以等效于围绕其z轴旋转。因此，通过采集mems陀螺仪的z轴角度，并对其求导，即可得出转速与方向。该转速测量方法不需要轴旁传感器与齿轮，极大程度上简化了轴系旋转设备的加工流程与现场安装工程。
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1.一种基于MEMS陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，用于转速转矩传感器的轴系旋转设备，采用测控系统，将MEMS陀螺仪芯片安装在随轴旋转的设备上，使其Y轴的延长线过轴心，其特征在于，其步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于MEMS陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，其特征在于：步骤一中，包括：在实际应用中，被测旋转轴系与MEMS陀螺仪具有各自独立的三维空间坐标，其中，定义被测旋转轴系的轴心为其原点，X为俯仰轴，Y轴为航向轴，Z轴为横滚轴；定义MEMS陀螺仪中心为其远点，X1为俯仰轴，Y1轴为航向轴，Z1轴为横滚轴；
3.根据权利要求1所述的基于MEMS陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，其特征在于：步骤二中，包括：根据步骤一中的MEMS陀螺仪与被测旋转轴系的空间安装方式，当被测轴顺时针旋转时，等效于被测轴绕Z轴顺时针旋转。
4.根据权利要求3所述的基于MEMS陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，其特征在于：被测轴绕Z轴顺时针旋转等效于MEMS陀螺仪绕Z1轴顺时针旋转，MEMS陀螺仪实时采集角度位置，被测轴绕Z轴顺时针旋转，其转速计算公式为：<...
【技术特征摘要】
1.一种基于mems陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，用于转速转矩传感器的轴系旋转设备，采用测控系统，将mems陀螺仪芯片安装在随轴旋转的设备上，使其y轴的延长线过轴心，其特征在于，其步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于mems陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，其特征在于：步骤一中，包括：在实际应用中，被测旋转轴系与mems陀螺仪具有各自独立的三维空间坐标，其中，定义被测旋转轴系的轴心为其原点，x为俯仰轴，y轴为航向轴，z轴为横滚轴；定义mems陀螺仪中心为其远点，x1为俯仰轴，y1轴为航向轴，z1轴为横滚轴；
3.根据权利要求1所述的基于mems陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，其特征在于：步骤二中，包括：根据步骤一中的mems陀螺仪与被测旋转轴系的空间安装方式，当被测轴顺时针旋转时，等效于被测轴绕z轴顺时针旋转。
4.根据权利要求3所述的基于mems陀螺仪的旋转轴系设备的转速测量方法，其特征在于：被测轴绕z轴顺时针旋转等效于mems陀螺仪绕z1轴顺时针旋转，mems陀螺仪实时采集...
【专利技术属性】
技术研发人员：马相龙，毛峥，王琳，赵鼎鼎，吕武斌，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所，
类型：发明
国别省市：
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