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申请/专利权人：中国人民解放军国防科技大学

摘要：本发明公开了一种超高速推进电机动子状态监测系统及监测方法，公开的系统包括分别设于动子顶部正中心位置的横向、纵向和垂向上用于采集动子振动加速度的加速度计，以及分别设于动子底部四个顶点上和动子左右侧壁的前后方向上用于采集动子与轨道之间间隙信号的位移传感器；接收机模块，接收和处理加速度计和位移传感器采集的动子信号；无线传输模块，将加速度计和位移传感器采集的动子信号传输给接收机模块；AD转换机模块，将无线传输模块所传输的模拟信号转换为数字信号。本发明通过传感器模块采集动子与轨道之间的间隙信号以及动子的振动加速度信号，并由接收机模块进行处理，进而得到动子的状态信息，具有结构简单、成本较低和容易实现的特点。

主权项：1.一种超高速推进电机动子状态监测系统，其特征在于，包括：传感器模块，包括分别设于动子顶部正中心位置的横向、纵向和垂向上用于采集动子振动加速度的加速度计，以及分别设于动子底部四个顶点上和动子左右侧壁的前后方向上用于采集动子与轨道之间间隙信号的位移传感器；接收机模块，用于接收和处理所述加速度计和位移传感器采集的动子信号；无线传输模块，用于将所述加速度计和位移传感器采集的动子信号传输给所述接收机模块；AD转换机模块，用于将无线传输模块所传输的模拟信号转换为数字信号；所述AD转换机模块为逐次比较型AD转换器。

全文数据：一种超高速推进电机动子状态监测系统及监测方法技术领域本发明涉及到超高速推进电机技术领域，尤其涉及一种超高速推进电机动子状态监测系统及监测方法。背景技术在研究超高速推进电机的过程中，对电机动子状态进行监测是必不可少的一环，是发展超高速推进电机的内在需求。一是因为对实验平台来说，动子是有效载荷，超高速条件下动子的垂向振动很大，直接影响到被测件的测量精度，动子的状态直接影响到实验的结果。二是在超高速推进条件时，动子的运动状态直接影响到超高速的实现，影响牵引控制性能。鉴于此，研究一种超高速推进电机动子状态监测系统及监测方法是本技术领域技术人员亟待解决的技术问题。发明内容本发明的目的是提供一种超高速推进电机动子状态监测系统及监测方法，通过所述监测系统中的传感器模块采集推进电机运动过程中动子的姿态信号，并由无线传输模块将所采集的实时信号传输给接收机模块，然后经过接收机模块处理获得动子的实时状态信号，从而实现了对动子运动状态的监测。为解决上述技术问题，本发明提供一种超高速推进电机动子状态监测系统，包括：传感器模块，包括分别设于动子顶部正中心位置的横向、纵向和垂向上用于采集动子振动加速度的加速度计，以及分别设于动子底部四个顶点上和动子左右侧壁的前后方向上用于采集动子与轨道之间间隙信号的位移传感器；接收机模块，用于接收和处理所述加速度计和位移传感器采集的动子信号；无线传输模块，用于将所述加速度计和位移传感器采集的动子信号传输给所述接收机模块；AD转换机模块，用于将无线传输模块所传输的模拟信号转换为数字信号。优选地，所述加速度计为微机械加速度计。优选地，所述位移传感器为激光位移传感器。优选地，所述AD转换机模块为逐次比较型AD转换器。优选地，所述无线传输模块为WI-FI传输模块。优选地，所述接收机模块中设有数字滤波器。一种超高速推进电机动子状态监测方法，包括上述超高速推进电机动子状态监测系统，所述方法包括以下步骤：S1、将所述加速度计和位移传感器安装在推进电机动子相对应的位置处并实时采集推进电机运动过程中动子振动加速度信号和动子姿态信号；S2、通过无线传输模块将所述加速度计和位移传感器实时采集的动子振动加速度信号和动子姿态信号传输给接收机模块，同时通过AD转换机模块将传输过程中的模拟信号转换为数字信号；S3、所述接收机模块对接收的数字信号进行计算处理，从而获得推进电机运动过程中动子的状态信息。优选地，所述步骤S1中的动子姿态信号包括动子底部四个顶点与轨道底部之间的间隙信号和动子左右侧壁的前后方向与轨道侧壁之间的间隙信号，所述动子振动加速度信号包括动子横向振动加速度信号、纵向振动加速度信号和垂向振动加速度信号。优选地，所述步骤S3的具体实现方式包括：S31、通过所述接收机模块内的数字滤波器滤除所接收数字信号中的干扰噪声；S32、找到动子的自身尺寸，并根据动子的自身尺寸、动子底部四个顶点与轨道底部之间的间隙信号以及动子左右侧壁的前后方向与轨道侧壁之间的间隙信号计算出动子的姿态角、滚转角和偏航角；S33、根据所述步骤S32获得的动子姿态角、滚转角和偏航角以及动子的横向振动加速度信号、纵向振动加速度信号和垂向振动加速度信号计算出地面坐标系中动子的纵向加速度、横向加速度和垂向加速度，从而得到推进电机运动过程中动子的状态信息。与现有的技术相比，本发明的有益技术效果在于：1、本发明中超高速推进电机动子状态监测系统的结构简单、成本较低，而且容易实现；2、本发明中超高速推进电机动子状态监测系统能很大程度避免电磁干扰，保证了传感器模块所采集数据的稳定可靠；3、本发明中通过采用数字滤波器滤除或抑制了特征频段外的各种噪声和信号，减少了干扰信号在有用信号中的比重，有效提高了特征频段中的信噪比；4、本发明中超高速推进电机动子状态监测方法通过采集运动过程中动子的姿态信号，实现对动子状态的实时监测，具有便捷准确高效的特点。附图说明图1是本发明一种超高速推进电机动子状态监测系统的结构框图，图2是本发明一种超高速推进电机动子状态监测系统中传感器模块布局示意图，图3是本发明一种超高速推进电机动子状态监测系统中动子姿态角示意图，图4是图3的左视图，图5是图3的前视图，图6是图3的俯视图，图7是本发明一种超高速推进电机动子状态监测方法流程图，图8是本发明中接收机模块对接收的数字信号进行计算处理的流程图。图中：1、加速度计，2.位移传感器，3.无线传输模块，4.AD转换机模块，5.接收机模块，6轨道。具体实施方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，如图3所示，垂直于纸面向外为左，垂直于纸面向里为右，垂直于纸面向上为上，垂直于纸面向下为下，垂直于纸面向左为前，垂直于纸面向右为后。如图1、图2所示，一种超高速推进电机动子状态监测系统，包括：传感器模块，包括分别设于动子顶部正中心位置的横向、纵向和垂向上用于采集动子振动加速度信号的加速度计1，以及分别设于动子底部四个顶点上和动子左右侧壁的前后方向上用于采集动子与轨道之间间隙信号的位移传感器2；接收机模块5，用于接收和处理所述加速度计和位移传感器采集的动子信号；无线传输模块3，用于将所述加速度计和位移传感器采集的动子信号传输给所述接收机模块；AD转换机模块4，用于将无线传输模块所传输的模拟信号转换为数字信号。本实施例中，所述动子监测系统利用设于动子上的加速度计1采集动子横向振动加速度信号、纵向振动加速度信号和垂向振动加速度信号，以及利用位移传感器2采集动子底部四个顶点与轨道6之间的间隙信号，并通过AD转换机模块4将所采集的实时模拟信号转换为数字信号，然后在无线传输模块3作用下传输给接收机模块5进行处理，从而获得动子的状态信息，实现对推进电机运动过程中动子的实时监测，具有结构简单、成本较低和容易实现的特点。本实施例中，由于三个加速度计1分别位于动子顶部正中心位置的横向上、动子顶部正中心位置的纵向上和动子顶部正中心位置的垂向上，三个加速度计1重叠在一起，因此从图2中仅能看见一个加速度计1；而设于动子底部四个顶点上的位移传感器2是用于采集动子底部与轨道6底部之间的间隙信号，设于动子左右侧壁的前后方向上的位移传感器2是用于采集动子侧壁与轨道6侧壁之间的间隙信号。如图1、图2所示，所述加速度计1为微机械加速度计。如图1、图2所示，所述位移传感器2为激光位移传感器。如图1所示，所述AD转换机模块4为逐次比较型AD转换器。本实施例中，逐次比较型AD转换器的时延小，转换效率高，而且抗干扰能力强，保证了所述传感器模块采集的模拟信号能够精准高效的转换为数字信号。如图1所示，所述无线传输模块3为WI-FI传输模块。本实施例中，WI-FI传输的速度快、距离远，而且其传输过程中的抗干扰性强，有效保证了数字信号的传输稳定可靠。如图1所示，所述接收机模块5中设有数字滤波器。本实施例中，所述接收机模块5中设有数字滤波器，通过采用数字滤波技术滤除或抑制数字信号中特征频段外的各种噪声和信号，有效减少了干扰信号在有用信号中的比重，大大提高了特征频段内的信噪比。如图7所示，一种超高速推进电机动子状态监测方法，包括上述超高速推进电机动子状态监测系统，所述方法包括以下步骤：S1、、将所述加速度计和位移传感器安装在推进电机动子相对应的位置处并实时采集推进电机运动过程中动子振动加速度信号和动子姿态信号；S2、通过无线传输模块将所述加速度计和位移传感器实时采集的动子振动加速度信号和动子姿态信号传输给接收机模块，同时通过AD转换机模块将传输过程中的模拟信号转换为数字信号；S3、所述接收机模块对接收的数字信号进行计算处理，从而获得推进电机运动过程中动子的状态信息。如图7、图8所示，所述步骤S1中的动子姿态信号包括动子底部四个顶点与轨道底部之间的间隙信号和动子左右侧壁的前后方向与轨道侧壁之间的间隙信号，所述动子振动加速度信号包括动子横向振动加速度信号、纵向振动加速度信号和垂向振动加速度信号。如图8所示，所述步骤S3的具体实现方式包括：S31、通过所述接收机模块内的数字滤波器滤除数字信号中的干扰噪声；S32、找到动子的自身尺寸，并根据动子的自身尺寸、动子底部四个顶点与轨道底部之间的间隙信号以及动子左右侧壁的前后方向与轨道侧壁之间的间隙信号计算出动子的姿态角、滚转角和偏航角；S33、根据所述步骤S32获得的动子姿态角、滚转角和偏航角以及动子的横向振动加速度信号、纵向振动加速度信号和垂向振动加速度信号计算出地面坐标系中动子的纵向加速度、横向加速度和垂向加速度，从而得到推进电机运动过程中动子的状态信息。本实施例中，所述动子的自身尺寸包括动子的长度、宽度和高度。为了进一步说明本发明的工作原理和技术效果，下面结合一具体实施方式予以说明。如图2～图6所示，为了便于计算，假设动子为规则的小块，动子向上、向右和从前方看顺时针均为正，动子底部前侧左顶点与轨道底部之间的间隙值a，动子底部前侧右顶点与轨道底部之间的间隙值为b，动子底部后侧左顶点与轨道底部之间的间隙值为c，动子底部后侧右顶点与轨道底部之间的间隙值为d，则根据上述设定条件可知，此时动子的俯仰角θ可用公式表示：θ＝arcsin{H前-H后P}1式1中，P表示动子的长度，表示动子前侧底部中点与轨道底部之间的间隙值，表示动子后侧底部中点与轨道底部之间的间隙值；此时动子的滚转角φ可用公式表示：式2中，Q表示动子的宽度，表示动子左侧底部中点与轨道底部之间的间隙值，表示动子右侧底部中点与轨道底部之间的间隙值；此时动子的偏航角ψ可用公式表示：ψ＝arcsin[n-mP]3式3中，n表示动子左侧壁前侧与轨道侧壁之间的间隙值，m表示动子左侧壁后侧与轨道侧壁之间的间隙值。若处于地面坐标系中的动子纵向加速度设为β、横向加速度设为γ和垂向加速度设为λ，则根据式1、式2和式3得到的动子姿态信息，以及所述加速度计采集的动子横向振动加速度、纵向振动加速度和垂向振动加速度，可得地面坐标系中的动子纵向加速度β即动子水平向前方向上的加速度，可用公式表示：β＝Ax×cosθ-Az×cosφ×sinθ×cosψ4式4中，Ax表示动子的横向振动加速度，Az表示动子的垂向振动加速度；地面坐标系中的动子横向加速度γ即动子水平向右方向上的加速度，可用公式表示：γ＝Ay×cosφ-Az×cosθ×sinφ×cosψ5式5中，Ay表示动子的纵向振动加速度；地面坐标系中的动子垂向加速度λ即动子竖直向上方向上的加速度，可用公式表示：λ＝Ax×sinθ+Az×cosθ×cosφ6；由式4、式5和式6可求得此时动子的状态信息，从而实现了对超高速推进电机动子状态的实时监测。以上对本发明所提供的一种超高速推进电机动子状态监测系统及监测方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

权利要求：1.一种超高速推进电机动子状态监测系统，其特征在于，包括：传感器模块，包括分别设于动子顶部正中心位置的横向、纵向和垂向上用于采集动子振动加速度的加速度计，以及分别设于动子底部四个顶点上和动子左右侧壁的前后方向上用于采集动子与轨道之间间隙信号的位移传感器；接收机模块，用于接收和处理所述加速度计和位移传感器采集的动子信号；无线传输模块，用于将所述加速度计和位移传感器采集的动子信号传输给所述接收机模块；AD转换机模块，用于将无线传输模块所传输的模拟信号转换为数字信号。2.如权利要求1所述的超高速推进电机动子状态监测系统，其特征在于，所述加速度计为微机械加速度计。3.如权利要求2所述的超高速推进电机动子状态监测系统，其特征在于，所述位移传感器为激光位移传感器。4.如权利要求3所述的超高速推进电机动子状态监测系统，其特征在于，所述AD转换机模块为逐次比较型AD转换器。5.如权利要求4所述的超高速推进电机动子状态监测系统，其特征在于，所述无线传输模块为WI-FI传输模块。6.如权利要求5所述的超高速推进电机动子状态监测系统，其特征在于，所述接收机模块中设有数字滤波器。7.一种超高速推进电机动子状态监测方法，其特征在于，包括权利要求1～6中至少一项所述的超高速推进电机动子状态监测系统，所述方法包括以下步骤：S1、将所述加速度计和位移传感器安装在推进电机动子相对应的位置处并实时采集推进电机运动过程中动子振动加速度信号和动子姿态信号；S2、通过无线传输模块将所述加速度计和位移传感器实时采集的动子振动加速度信号和动子姿态信号传输给接收机模块，同时通过AD转换机模块将传输过程中的模拟信号转换为数字信号；S3、所述接收机模块对接收的数字信号进行计算处理，从而获得推进电机运动过程中动子的状态信息。8.如权利要求7所述的超高速推进电机动子状态监测方法，其特征在于，所述步骤S1中的动子姿态信号包括动子底部四个顶点与轨道底部之间的间隙信号和动子左右侧壁的前后方向与轨道侧壁之间的间隙信号，所述动子振动加速度信号包括动子横向振动加速度信号、纵向振动加速度信号和垂向振动加速度信号。9.如权利要求8所述的超高速推进电机动子状态监测方法，其特征在于，所述步骤S3的具体实现方式包括：S31、通过所述接收机模块内的数字滤波器滤除所接收数字信号中的干扰噪声；S32、找到动子的自身尺寸，并根据动子的自身尺寸、动子底部四个顶点与轨道底部之间的间隙信号以及动子左右侧壁的前后方向与轨道侧壁之间的间隙信号计算出动子的姿态角、滚转角和偏航角；S33、根据所述步骤S32获得的动子姿态角、滚转角和偏航角以及动子的横向振动加速度信号、纵向振动加速度信号和垂向振动加速度信号计算出地面坐标系中动子的纵向加速度、横向加速度和垂向加速度，从而得到推进电机运动过程中动子的状态信息。

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