轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的裝置及方法，在檢測既含有隨轉(zhuǎn)速變化而變化頻率的信號，又含有不隨轉(zhuǎn)速變化的固定頻率信號時(shí)，對數(shù)量為D的被檢測信號同時(shí)作轉(zhuǎn)速跟蹤采樣，獲得D個(gè)被檢測信號各自的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1～N)，同時(shí)在轉(zhuǎn)速隨機(jī)變化時(shí)，用轉(zhuǎn)速跟蹤采樣獲取一個(gè)轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本C(1～N)，根據(jù)C(1～N)對A(1～N)進(jìn)行特定的抽樣，得到被檢測信號的天文時(shí)鐘抽樣樣本B(1～N)；在轉(zhuǎn)速單調(diào)、線性變化時(shí)，在獲取轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1～N)的過程中，保留初始轉(zhuǎn)速頻率FN0和終止轉(zhuǎn)速頻率FN1，根據(jù)FN0和FN1進(jìn)行抽樣，得到B(1～N)；既保證B(1～N)與A(1～N)的樣本長度均等于N，又保證它們的時(shí)間長度相同，便于對所有信號進(jìn)行綜合分析、診斷，而需保留的樣本數(shù)量卻最少。
【專利說明】轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號分析和變換領(lǐng)域，特別是一種轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程信號中，既含有頻率與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速頻率FN成正比例的被檢測信號，例如軸承、齒輪、車輪的故障信號以及軌道損傷與車輪作用的信號，它們最宜用轉(zhuǎn)速跟蹤采樣的方法檢測；也含有頻率與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速頻率無關(guān)的、基本固定頻率的被檢測信號，例如機(jī)械的廣義共振信號、軌道波浪紋與車輪作用的信號，它們最宜用天文時(shí)鐘采樣的方法檢測。特別是，在用天文時(shí)鐘采樣檢測變速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的頻率與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速頻率成正比例的被檢測信號樣本后，進(jìn)行FFT變換時(shí)，所有這些變頻信號的頻譜均是發(fā)散的、不確定的，無法用于頻譜分析和故障診斷；在用變轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)速跟蹤采樣檢測固定頻率的被檢測信號樣本后，進(jìn)行FFT變換時(shí)，所有這些固定頻率的被檢測信號的頻譜也是發(fā)散的，無法用于頻譜分析和故障診斷。
[0003]上述矛盾之常規(guī)的解決方法是:同時(shí)用兩種檢測方法，一種為天文時(shí)鐘采樣方法，另一種為轉(zhuǎn)速跟蹤采樣方法。但仍然存在問題:問題之一是，當(dāng)需要并行采樣的被檢測信號數(shù)量為D時(shí)，同時(shí)用兩種檢測方法需要保留的樣本是2D個(gè)而不是D個(gè)，需要更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。問題之二是轉(zhuǎn)速將如何變化是不能事先確定的，這就使得同時(shí)開始用兩種檢測方法得到的樣本長度同為N點(diǎn)的樣本，其時(shí)間長度T不可能相同，在檢測時(shí)間長的第一種檢測方式完成N點(diǎn)樣本檢測之前，檢測時(shí)間短的另一種檢測方式早已完成N點(diǎn)樣本檢測，這兩套檢測方式得到的、雖然是同時(shí)開始卻不是同時(shí)結(jié)束的樣本無法對信息作統(tǒng)一分析。特別是，樣本時(shí)間長度短的檢測方式所獲得的樣本，相對樣本時(shí)間長度長的檢測方式所獲的樣本丟失的那段時(shí)間中的信息，已經(jīng)無法再現(xiàn)，可能造成重大的失誤。反之，若令兩種采樣方法檢測相同的時(shí)間長度T，并保證檢測所獲的樣本長度不小于N，則必有一種采樣方法的樣本長度大于N，例如為N+M，則要求將它處理為長度等于N的樣本則不僅需要重新抽樣，而且當(dāng)以(N+M) /N的步長對原長N+M的樣本抽樣時(shí)，由于(N+M)/N*(l?N)并不都是整數(shù)，即原樣本中不存在這樣的數(shù)據(jù)，致使抽樣數(shù)據(jù)尚需通過數(shù)學(xué)處理來近似獲得，而所獲結(jié)果則不免存在別樣。
[0004]因此，迫切需要解決在機(jī)械變速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，既能獲得轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本，又能通過處理，獲得與轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本長度N及時(shí)間長度T均相同的天文時(shí)鐘采(或抽)樣樣本的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的裝置及方法，在機(jī)械變速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在獲得轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本的同時(shí)，獲得與轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本長度N及時(shí)間長度T均相同的天文時(shí)鐘采樣或抽樣樣本。[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的裝置，包括用于檢測機(jī)械轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，與所述轉(zhuǎn)速傳感器連接的倍頻器，所述倍頻器與AD變換器、計(jì)時(shí)器連接，所述AD變換器、計(jì)時(shí)器均接入控制器，所述計(jì)時(shí)器與天文時(shí)鐘發(fā)生器連接。
[0007]本發(fā)明還提供了一種轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的方法，該方法為:
[0008]I)轉(zhuǎn)速傳感器采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速頻率FN，轉(zhuǎn)速傳感器輸出頻率為FN之Z倍的轉(zhuǎn)速信號頻率Z*FN到倍頻器，倍頻器輸出同步頻率FK=K*FN到AD變換器，控制AD變換器對輸入AD變換器的振動(dòng)、沖擊共振解調(diào)的被檢測信號A作AD變換并輸出長度為N的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A (I~N)至控制器；K為轉(zhuǎn)速傳感器與倍頻器的倍頻系數(shù)，即倍頻器輸出的對于FN的倍頻系數(shù)；Ζ為所選轉(zhuǎn)速傳感器的特征有理數(shù)常數(shù)，取值范圍為I~110Κ。
[0009]2)天文時(shí)鐘發(fā)生器輸出均衡的時(shí)鐘頻率F到計(jì)時(shí)器，倍頻器輸出同步頻率FK=K*FN到計(jì)時(shí)器，用時(shí)鐘頻率F控制計(jì)時(shí)器測量并輸出同步頻率FK每兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間，構(gòu)成準(zhǔn)轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本T(1~N)并送到控制器暫存，其中T(I)恒等于O ;
[0010]3)控制器把準(zhǔn)轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本T(1~N)按照T(2)~T (N)的順序和公式C(X) =T(X)+C(X-1)將準(zhǔn)轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本T(1~N)整理為轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本C(1~N)并保存，其中C(I)恒等于0，X=I~N;
[0011]若在轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)的時(shí)間跨度T內(nèi)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速單調(diào)、線性變化時(shí)，控制器只測量并保留轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本開始時(shí)的初始轉(zhuǎn)速頻率FNO和轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本結(jié)束時(shí)的終止轉(zhuǎn)速頻率FNl，則轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本C(1~N)中第X點(diǎn)的時(shí)間值 C(X)=TT(X)，其中 TT(X)=TN(X-1)+TN(X) ；TN(X) =I/FN(X) ；FN(X)=K*FN0+X*DFC ；DFC=K*(FNl-FNO)/N:其中轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本開始時(shí)的初始轉(zhuǎn)速頻率FNO為:FN0=(Q_1)/[T(I)+T(2)+……+T(Q)]/K ;轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本結(jié)束時(shí)的終止轉(zhuǎn)速頻率FNl為:FN1=(Q+1)/[T(N) +T (N-1)+……+T (N-Q)]/K ；Q的取值范圍為2~K，T(Q)為從(Q-1)點(diǎn)采樣到Q點(diǎn)采樣之間的時(shí)間間隔；
[0012]4)利用轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本C(1~N)，控制器將長度為N、時(shí)間跨度為T=C(N)的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)變換為以時(shí)鐘頻率F對所述轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)進(jìn)行抽樣的且長度為N、時(shí)間跨度為iT =C(N)的天文時(shí)鐘抽樣樣本B(1~N);其中，當(dāng)在轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)的時(shí)間跨度T內(nèi)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速單調(diào)、線性變化時(shí)，時(shí)鐘頻率F=K*(FN0+FND/2 ;否則，F(xiàn)=(N-1)/T。
[0013]所述步驟2)中，時(shí)鐘頻率F的計(jì)算公式如下:
[0014]F=P*K*FNM ；
[0015]其中，F(xiàn)NM為轉(zhuǎn)軸的最高轉(zhuǎn)速頻率，單位為Hz ;P為精度系數(shù)，P > 2。例如，當(dāng)檢測機(jī)械轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器安裝于車輪時(shí)，F(xiàn)NM=VM/3600/DL/;VM為車輛最高車速，單位為m/h ；DL為車輪的直徑,單位為m ；
[0016]所述計(jì)時(shí)器的2進(jìn)制級聯(lián)計(jì)數(shù)器最小長度JJ的設(shè)計(jì)公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的裝置，其特征在于，包括用于檢測機(jī)械轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，與所述轉(zhuǎn)速傳感器連接的倍頻器，所述倍頻器與AD變換器、計(jì)時(shí)器連接，所述AD變換器、計(jì)時(shí)器均接入控制器，所述計(jì)時(shí)器與天文時(shí)鐘發(fā)生器連接。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的裝置將轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的方法，其特征在于，該方法為: 1)轉(zhuǎn)速傳感器采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速頻率FN，轉(zhuǎn)速傳感器輸出頻率為FN的Z倍的轉(zhuǎn)速信號頻率Z*FN到倍頻器，倍頻器輸出同步頻率FK=K*FN到AD變換器，控制AD變換器對輸入AD變換器的振動(dòng)、沖擊共振解調(diào)的被檢測信號A作AD變換并輸出長度為N的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A (I~N)至控制器；K為倍頻器輸出的對于FN的倍頻系數(shù)；Ζ為轉(zhuǎn)速傳感器的特征有理數(shù)常數(shù)，取值范圍為I~IlOK ； 2)天文時(shí)鐘發(fā)生器輸出均衡的時(shí)鐘頻率F到計(jì)時(shí)器，倍頻器輸出同步頻率FK=K*FN到計(jì)時(shí)器，用時(shí)鐘頻率F控制計(jì)時(shí)器測量并輸出同步頻率FK每兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間，構(gòu)成準(zhǔn)轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本T(1~N)并送到控制器暫存，其中T(I)恒等于O ; 3)控制器把準(zhǔn)轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本T(1~N)按照Τ(2)~T(N)的順序和公式C(X) =T(X) +C(X-1)將準(zhǔn)轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本T(1~N)整理為轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本C(1~N)并保存，其中C(I)恒等于0，X=I~N; 若在轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)的時(shí)間跨度T內(nèi)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速單調(diào)、線性變化時(shí)，控制器只測量并保留轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本開始時(shí)的初始轉(zhuǎn)速頻率FNO和轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本結(jié)束時(shí)的終止轉(zhuǎn)速頻率FNl，則轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本C (I~N)中第X點(diǎn)的時(shí)間值C⑴=TT⑴，其中 TT (X) =TN (X-1)+TN (X) ； TN (X)= I/FN (X) ； FN (X) =K*FN0+X*DFC ；DFC=K* (FNl-FNO)/N:其中轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本開始時(shí)的初始轉(zhuǎn)速頻率FNO為:FN0=(Q-1)/[T(1)+T(2)+……+T(Q)]/K ;轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本結(jié)束時(shí)的終止轉(zhuǎn)速頻率FNl為:FN1=(Q+1)/[T(N)+T (N-1)+……+T(N-Q)]/K ；Q的取值范圍為2~K，T(Q)為從(Q-1)點(diǎn)采樣到Q點(diǎn)采樣之間的時(shí)間間隔； 4)利用轉(zhuǎn)速跟蹤采樣時(shí)機(jī)樣本C(1~N)，控制器將長度為N、時(shí)間跨度為T=C(N)的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)變換為以時(shí)鐘頻率F對所述轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)進(jìn)行抽樣的且長度為N、時(shí)間跨度為T'=C(N)的天文時(shí)鐘抽樣樣本B(1~N);其中，當(dāng)在轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)的時(shí)間跨度T內(nèi)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速單調(diào)、線性變化時(shí)，時(shí)鐘頻率F=K* (FN0+FND/2 ;否則，F(xiàn)=(N-1)/T。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的方法，其特征在于，所述步驟2)中，時(shí)鐘頻率F的計(jì)算公式如下:
F=P*K*FNM ； 其中，F(xiàn)NM為轉(zhuǎn)軸的最高轉(zhuǎn)速頻率，單位為Hz ;P為精度系數(shù)，P > 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的方法，其特征在于，所述計(jì)時(shí)器的2進(jìn)制級聯(lián)計(jì)數(shù)器最小長度JJ的設(shè)計(jì)公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的方法，其特征在于，所述步驟4)中，將轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本A(1~N)變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本B(1~N)的具體過程如下:根據(jù)所述時(shí)鐘頻率F= (N-1)/T，天文時(shí)鐘抽樣樣本B (I~N)的時(shí)間步長為DC=1/FC，天文時(shí)鐘抽樣樣本B(1~N)第Y點(diǎn)的時(shí)間為TY=Y*DC，則當(dāng)C(X) ^ TY ^ C(X-1)時(shí)，將A (X)賦值給B (Y);其中Y=I~N。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的方法，其特征在于，按照下列公式進(jìn)行插值，提高天文時(shí)鐘抽樣樣本B(1~N)的精確度:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)速跟蹤采樣樣本變換為天文時(shí)鐘抽樣樣本的方法，其特征在于，若在天文時(shí)鐘抽樣樣本B(1~N-XX)中存在連續(xù)的W=X~(X+J)的(J+1)個(gè)數(shù)據(jù)相等，即 B (X) =B (X+1)=……=B (X+J)，則 B (W) =B (X) +W* [B (I) +B (I+J+l) ] / (J+2)；其中XX=CINT (N/10)，CINT O 為四舍五入函數(shù)；1=1 ~(N-XX)。
【文檔編號】G05B19/042GK103529739SQ201310533630
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】唐德堯, 張弸, 廖云 申請人:唐智科技湖南發(fā)展有限公司