技术应用 | 如何从振动信号中提取转速？

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应用背景：

旋转机械行业常使用硬件方式来获取转速信号，但这种方式会额外增加人力物力，并且常会受到安装条件的限制。为了解决硬件方式的诸多弊端，可用非转速计方式获取转速，作为转速测量的补充。现在对非转速数据三维谱振分析的基础上，提出了一种瞬时转速估计方法，和硬件获取转速对比，两者的一致性很好。此方法为旋转机械行业的转速信号获取提供了一种经济、准确和可靠的途径。

旋转部件转速获取成为了工程部门的需求痛点

随着经济的快速发展，旋转机械类的产品在制造业的应用越来越多。对产品的振动噪声评价时，技术专家往往需要分析在特定转速下设备的振动和噪声信号，从而判断设备的运行状态及故障原因。在获取转速的基础上，可应用多种高级分析方法，如转速三维谱振、阶次分析、伯德图等。

目前常用的转速获取方式

传统的测量转速方法是安装各式各样的转速传感器（例如光电、磁电传感器）获得键相脉冲信号。

硬件测量转速方式的不足

使用了转速传感器就会增加测试环节，需要数据采集系统留出通道进行转速测量。在某些应用场景下，现场安装转速传感器十分不方便，甚至没有安装空间。

  · 汽车发动机曲轴、传动轴转速的测量，需要定制工装才能安装转速传感器。

（图片素材来源于网络）

  · 对于加防护罩的某些电机，防护罩阻挡了传感器的安装，导致根本没有安装空间。

（图片素材来源于网络）

  · 轨道车辆转速的测量，需要在车下轮对位置布置传感器，走线麻烦而且非常危险。

（图片素材来源于网络）

原理介绍

瞬时转速估计是在三维谱振分析图中自动识别阶次曲线，通过此曲线对原始信号进行滤波得到一组窄带信号。通过对窄带信号的瞬时频率进行估计，得到瞬时转速。

转速估计对比验证

为验证转速估计软件的效果，实际测量一组电机运行过程中的振动信号。通过对测量的振动信号进行转速估计得到一组转速信号，同时通过光电转速传感器实际测量一组电机的转速信号，对两种方式得到的转速信号进行对比。

图为 东方所INV1618转子故障试验台

1. 时域数据

图为一组通过电涡流位移传感器测得的电机振动位移信号波形图，电机运行的工况包含加速、匀速、减速三个过程。

2. 时间三维谱振分析

图为对振动位移信号进行时间三维谱振分析后得到的三维彩图，在图中可看到绘制的阶次转频曲线。

3. 转速-时间结果对比

图为两种转速信号的对比图，图中两条曲线近乎重合，可以看出用振动信号估计的转速与光电转速传感器测量的转速是一致的。

软件还可以根据该转速曲线生成方波脉冲参与后续计算分析。

结  论

此方法已在旋转机械相关行业得到了应用，满足了实际工程应用上的转速测量需求，在工程实践中得到了检验，具有很强的工程意义。

来源：COINV东方所振动噪声测试微信公众号（ID：coinv2016）