基于散斑照相法的电机转子的空间位移的测量

摘要

磁悬浮轴承技术随着这些年的发现已经逐步完善，并且逐步在各个领域内都得到了应用。磁悬浮轴承的这些特点，使它与传统的滑动轴承、滚珠轴承和油膜轴承相比其性能在诸多的应用领域内有着较大的优势。
　　无源被动磁力轴承通常来都是使用永磁铁制作的，其缺点是没有办法在全部的运动方向上保持稳定的悬浮状态。并且源被动磁力轴承的悬浮阻尼很较低更加剧了这一缺点的影响。无源磁力轴承将采用超导技术，将极大的克服上述缺点，但是此项目目前尚处于实验阶段。并且实现非常困难短时间内不会应用到工业现场，即使最终实现其成本将会十分高昂难以广泛使用。因此，在目前的工业中有源主动电磁轴承AMB应用的十分广泛。目前市场上的有源主动电磁轴承绝大部分都装载有转子空间位置测量传感器。这些传感器将测出转子真实空间坐标，通过与转子的设定的空间坐标相比较得到距离偏差并将此位移偏差输送到控制器中。控制器将根据此信号按照编写好的程序输出控制信号调节电磁铁的励磁电流改变电磁铁对转子的吸力从而使转子在空间上发生位移，使转子预设的位置精度内稳定运转。电磁轴承的转子空间位置的是可以控制的，这是其最大的特点。想要控制其前提就是必须测量出转子相对于预设值具体的空间位移量。转子的空间位移可分为径向位移轴以及轴向位移，所以对其的精确测量是整个控制系统之关键所在，对转子的径向位移轴以及向位移的检测也是本文讨论的重点。
　　本文首次提出用散斑照原理对转子的轴向位移和径向位移进行测量。在恒定白光下显微摄像头采集的旋转中的转子图片进行傅立叶变换。对初始图像和形变后图像都做傅立叶变换提取两幅图像的相位并进行频域干涉。通过识别干涉条纹的数量计算出转轴具体的位移量，以确定磁悬浮轴承在轴向以及径向是否发生位移以及位移的数值大小。本文方法精度远高现有传感器测量的精度，非接触测量不损伤转轴，可以同时测量转轴径向和轴向位移。只用一个摄像头结构简单有很好的实用性。
　　在测量微位移的测量中数字散斑照相频域分析法是的一种非常有效的也非常方便的方法。此算法利用所拍摄的物体的灰度分布通过傅立叶变换转化成频域信号，再通过频域信号的相互干涉得到所需结果，因此乐意应用于工程现场的大型结构的测试，也可以通过电子显微镜得分析微小位移。本文在克服了高速旋转物体使用数字散斑照相法几处难点后，在实验室内成功地得到出转轴的径向和轴向微位移的干涉条纹。由于散斑干涉图的干涉条纹中深色的条纹是由深色的点聚集而成的，浅色的条纹是由浅色的点聚集而成的。所以从频域的角度来看深色的条纹处频率较高而浅色的条纹处频率较低。但由于散斑干涉条纹自身的频域特点没法简单的用高通滤波或低通滤波获得清晰无噪声的条纹图像，所以本文使用剪切波变换将图像分成多个频段。综合分析各个频段的剪切波系数并提取纹理特征，使用SVM分类器和pcnn神经网络将黑色条纹分离出来。在通过细化处理和houph变换提取出干涉条纹的个数个角度，从而测量出磁悬浮轴承在轴向和径向的微位移。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 转子空间位置测量传感器

1．2．2 转子空间位移无传感器测量

1．3 本文研究内容

第二章 数字散斑照相测量

2．1 引言

2．2 数字散斑照相频域分析法

2．3 Young’s条纹分析

2．3．1 产生Young’s条纹

2．3．2 Young’s条纹亮度的改善

2．4 本章总结

第三章 散斑照相法测量转子空间位移

3．1 散斑照相频域干涉法测量转子空间位移的优势

3．2 实验设备

3．3 图像预处理

3．4 白光散斑照相频域干涉

3．5 本章总结

第四章 干涉条纹图像的滤波

4．1 散斑干涉条纹的主要滤波放法

4．2 剪切波变换

4．2．1 剪切波的定义及离散算法

4．2．2 离散不可分离剪切波

4．3 支持向量机(SVM)分类原理

4．3．1 SVM的简介

4．3．2 SVM基础理论

4．3．3 核函数Kernel

4．4 PCNN神经网络

4．5 一种新的SIST-SVM滤波算法

4．6 骨架线提取

4．7 本章总结

第五章 实际测试

5．1 径向位移的实际测量

5．2 轴向位移的实际测量

5．3 径向轴向同时发生位移的实际测量

5．4 转速不同对干涉图像的影响

5．6 本章总结

总结与展望

参考文献

致谢

发表论文和科研情况说明