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

[scifi]

Это не те самые пресловутые турбины для перекачки транзитного газа?

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.

Всё-таки уточняющий вопрос: 0,05 Гц на 1500 Гц или 0,05 Гц на 12000 Гц? Разница почти на порядок.

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.

Если старое решение с задачей адекватно справляется, то нужно ли напрягаться? Если нет, тогда другой разговор...