一種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法，包括以下步驟：第一、利用葉端定時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)獲取欠采樣的葉端振動(dòng)信號(hào)；第二、確定高速葉片振動(dòng)特性的頻帶范圍；第三、基于香農(nóng)采樣定理第一次重構(gòu)葉端振動(dòng)信號(hào)；第四、確定合適的小波包分解層數(shù)，使得上述指定頻帶范圍與小波包分解后的某一頻帶一致；第五、利用小波包從第一次重構(gòu)信號(hào)中再次重構(gòu)出指定頻帶范圍的信號(hào)；第六，將除第R個(gè)小波包之外的其它小波包系數(shù)全部置零，在利用傳統(tǒng)的小波包重構(gòu)算法就可以重構(gòu)出[f0-B0/2,f0+B0/2]頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)。本發(fā)明計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；重構(gòu)信號(hào)是無(wú)偏差、無(wú)混疊的；可以提供真實(shí)、可靠的高速葉片振動(dòng)信號(hào)。
【專利說(shuō)明】一種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速葉片振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等葉片工作時(shí)在高溫高壓等惡劣環(huán)境下高速旋轉(zhuǎn)，這使得葉片的振動(dòng)測(cè)量是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。傳統(tǒng)的接觸式葉片振動(dòng)測(cè)量方法，如應(yīng)變片測(cè)量法，必須把傳感器安裝到待測(cè)葉片上，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且很難監(jiān)測(cè)所有葉片振動(dòng)情況；另外，接觸傳感器的工作壽命較短，自身荷重和體積會(huì)直接影響待測(cè)件的空氣動(dòng)力學(xué)和機(jī)械特性，從而制約了該類技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。為此，自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，人們將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了非接觸式葉片振動(dòng)在線測(cè)量方法，其中葉端定時(shí)測(cè)量法就是研究熱點(diǎn)之一。
[0003]基于葉端定時(shí)的非接觸式葉片振動(dòng)在線檢測(cè)基本原理是將葉端定時(shí)傳感器沿圓周方向嵌入安裝到旋轉(zhuǎn)葉片徑向相對(duì)靜止的殼體上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)葉片經(jīng)過(guò)葉端定時(shí)傳感器時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)可以獲得每個(gè)葉片葉端到達(dá)葉端定時(shí)傳感器的時(shí)間。理論上當(dāng)旋轉(zhuǎn)葉片不產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，每個(gè)葉片葉端通過(guò)葉端定時(shí)傳感器的到達(dá)時(shí)間是固定的，而實(shí)際情況下當(dāng)旋轉(zhuǎn)葉片出現(xiàn)不對(duì)中、剝落、裂紋等潛在故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，此時(shí)葉片通過(guò)葉端定時(shí)傳感器的時(shí)間會(huì)比理論到達(dá)時(shí)間提前或滯后，產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差，對(duì)該時(shí)間差信號(hào)序列進(jìn)行處理就可以得到旋轉(zhuǎn)葉片葉端的振動(dòng)位移序列，從而可以估計(jì)出高速葉片的振動(dòng)特性。
[0004]基于葉端定時(shí)法在線測(cè)量高速葉片振動(dòng)不同于一般的振動(dòng)信號(hào)采集，它的采樣頻率與轉(zhuǎn)速和傳感器數(shù)目成正比。而實(shí)際中由于安裝代價(jià)和空間等因素的約束，葉端定時(shí)傳感器數(shù)目一般較少，使得其采樣頻率較低，一般小于高速葉片的固有頻率。因此，該采樣過(guò)程并不滿足奈奎斯特采樣定理，使得采集的葉端振動(dòng)信號(hào)是典型的欠采樣信號(hào)，不能真實(shí)反映葉片的振動(dòng)行為，必須進(jìn)行重構(gòu)。已有研究將欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)看成是帶通信號(hào)，提出了一種基于香農(nóng)采樣定理的重構(gòu)方法。但是，實(shí)際的欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)并不是帶通信號(hào)，這使得重構(gòu)信號(hào)存在嚴(yán)重的頻率混疊現(xiàn)象。因此，迫切需要一種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法，提高高速葉片振動(dòng)分析與狀態(tài)監(jiān)控的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法，提供真實(shí)、可靠的高速葉片在線振動(dòng)信號(hào)。葉端定時(shí)傳感器可以是光纖式或者電容式傳感器。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0007]—種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008]第一、利用葉端定時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)獲取欠采樣的葉端振動(dòng)信號(hào)[0009]葉端定時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)包括葉端定時(shí)傳感器、轉(zhuǎn)速同步參考傳感器、葉盤、高速脈沖采集電路、采集卡和計(jì)算機(jī)，葉端定時(shí)傳感器均勻安裝在圓周型殼體上，葉盤上的每個(gè)葉片通過(guò)每個(gè)葉端定時(shí)傳感器以及同步參考傳感器時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，利用脈沖計(jì)數(shù)法可以計(jì)算得到每個(gè)葉片通過(guò)每個(gè)葉端定時(shí)傳感器的時(shí)間；記葉端定時(shí)傳感器的數(shù)目為M，葉片數(shù)目為Q，葉片每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為N，則旋轉(zhuǎn)一周每個(gè)葉片會(huì)產(chǎn)生M個(gè)實(shí)際通過(guò)時(shí)間，根據(jù)這些實(shí)際通過(guò)時(shí)間可以得到該葉片葉端的M個(gè)振動(dòng)位移，其表達(dá)式為
【權(quán)利要求】
1.一種高速葉片欠采樣葉端振動(dòng)信號(hào)的無(wú)混疊重構(gòu)方法，其特征在于包括以下步驟:第一、利用葉端定時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)獲取欠采樣的葉端振動(dòng)信號(hào)葉端定時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)包括葉端定時(shí)傳感器、轉(zhuǎn)速同步參考傳感器、葉盤、高速脈沖采集電路、采集卡和計(jì)算機(jī)，葉端定時(shí)傳感器均勻安裝在圓周型殼體上，葉盤上的每個(gè)葉片通過(guò)每個(gè)葉端定時(shí)傳感器以及同步參考傳感器時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，利用脈沖計(jì)數(shù)法可以計(jì)算得到每個(gè)葉片通過(guò)每個(gè)葉端定時(shí)傳感器的時(shí)間；記葉端定時(shí)傳感器的數(shù)目為M，葉片數(shù)目為Q，葉片每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為N，則旋轉(zhuǎn)一周每個(gè)葉片會(huì)產(chǎn)生M個(gè)實(shí)際通過(guò)時(shí)間，根據(jù)這些實(shí)際通過(guò)時(shí)間可以得到該葉片葉端的M個(gè)振動(dòng)位移，其表達(dá)式為

【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103471703SQ201310460647
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】楊擁民, 陳仲生, 胡政, 楊定新, 胡海峰, 謝勇, 郭彬 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)