банальное измерение частоты, как точно измерить скорость вращения ротора Опции

[xin]

уважаемые гуру, помогите, пожалуйста, советом в решении следующей задачи
есть ротор турбины, он вращается с высокой скоростью - порядка 1500 об/с
единственный источник получения информации - датчик вращения, который представляет собой катушку над ротором, в которой возбуждается ЭДС от магнитного поля восьмигранного сердечника.
Т.о., имеем почти синусоиду (в силу наличия биений форма сигнала искажается, и возникают дополнительные гармоники) частотой порядка 12 кГц. К сожалению, исторически сложилось, что модифицировать конструкцию невозможно совершенно - турбины поставлены в серию, т.е. задача только в сборе информации с этих датчиков и ее интерпретации (все турбины объединены в блоки по 10 штук)

И, собственно, вопрос - как в моей ситуации правильно измерить эту самую скорость вращения? Требуемая точность - не хуже 0,01 Гц, амплитуда сигнала - порядка 1 В, время измерения - порядка 100-200 мс. Фактически, 95% времени нужно измерять скорость вращения именно на уровне 1400-1500 об/с, однако оставшееся время - при разгоне и торможении - измерение также необходимо, допустимо только слегка загрубить точность. (Это к возможности реализации разностной схемы регистрации)

Форум листал, и в одном из топиков нашел утверждение, что детектирование прохождения через нуль с последующим усреднением - это совсем по-пэтэушному самое смешное, что нынешние приборы для регистрации именно так и работают. Вариант с БПФ для каждой машины тоже где=то назвали решением "по-программистски, в лоб", т.е. с бесцельным растрачиванием вычислительных ресурсов. И можно ли выделить гармонику с такой точностью в нужном мне временнОм диапазоне?

заранее спасибо

[xin]

Во-первых, спасибо всем большое за обсуждение и особенно за полезные ссылки
Сейчас пойду их все разбирать
Во-вторых, внесу уточнения

1. Частота вращения моих турбин в самом деле порядка 1500 оборотов в секунду - не оговорка - и даже несколько выше: это не электростанция и стоматологический бур, это газовые турбины
2. Амплитуда выходного сигнала в различных конструктивных исполнениях меняется, но почти всегда составляет от 1 до 2 вольт. Амплитуды гармоник сегодня посмотрю, завтра постараюсь выложить
3. Индуктор, возбуждающий ЭДС в датчике вращения, имеет восьмигранную форму, кроме того, один из углов срезан - для определения направления биений. В силу этого факта, а также того, что роторы моих турбин вращаются не строго вдоль оси симметрии, возникают дополнительные гармоники. Причин много, но банально - в первую очередь изначальный дисбаланс, во вторую - возникающие напряжения в материале ротора деформируют его и дальше уже возникают изгибы и колебания различного вида, которые, разумеется, модулируются частотой вращения, умноженной на 8. Примерно такова исходная физическая картина.
4. Вероятно, с величиной точности на уровне 0,01 Гц я слегка погорячился - можно обойтись разрешением (шагом квантования) на уровне 0,001 Гц, а точности достаточно 0,05, ну в совсем плохом случае при быстрой оценке - даже 0,1 Гц.
Специфика работы этих машин такова, что контроль скорости вращения происходит постоянно и имеет критически важное значение, отсюда столь жесткие требования.
5. БПФ я упомянул, поскольку вместе с задачей определения скорости вращения, параллельно необходимо решать еще и задачу определения осевых биений ротора турбины, правда требования к ней значительно мягче .

Т.о., резюмируя (и заодно извиняясь за некоторую недосказанность в первом посте), имеем блок из десятка газовых турбин, в котором нужно измерять 1) скорость вращения и 2) величину биений роторов. Точность измерения частоты - лучше 0,05 Гц (при увеличенном времени измерения, скажем до 0,5 сек на одну машину) и 0,1 Гц, с меньшим временем.

Повторюсь, я задал вопрос, чтобы выяснить, нет ли уже готовых, более современных, чем имеем мы, решений и способов контроля данных параметров. В качестве идеи - индуктор имеет срезанный угол - т.е. метку - если попытаться отследить именно ее скорость? (Но в качестве ложки дегтя - биения роторов турбины могут достигать величины больше размеров этой самой метки, т.е. больше величины срезанного радиуса ). Амплитуда сигнала тоже слегка плавает как функция частоты (при разгоне-торможении), температуры и других параметров, связанных с неидентичностью изготовления машин.

Задача не совсем простая, как может показаться на первый взгляд. Проблема в том, что сегодня мы имеем решение на уровне знаний 70-х годов и элементной базы той же эпохи (могу соврать, но там даже процессор буквально 580-й используется) и морально оно устарело.

p.s. на первом шаге - только проекте, постройке алгоритма - можно и не говорить о типе контроллеров, но, наверное, с учетом объемов математики, которые нужно переварить, следует задуматься о DSP или ARM

Сообщение отредактировал xin - Jan 15 2009, 17:06

[=GM=]

на первом шаге - только проекте, постройке алгоритма - можно и не говорить о типе контроллеров, но, наверное, с учетом объемов математики, которые нужно переварить, следует задуматься о DSP или ARM

Слушайте, а вам не надо момент вращения ваших турбин измерять? Мы тут как раз делаем такие датчики на DSP для дистанционного измерения, правда, выше 18000 rpm на автомобильном движке не поднимались, но инженеры, разрабатывающие этот двигатель, были слегка ошарашены точностью результатов.