[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械振動信號同步階比跟蹤分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310076093.1
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103196547A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪江;杜曉峰;田萬軍;張本耀;高峰;徐曉峰;徐鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責(zé)任公司;安徽省電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京國林貿(mào)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲;杜國慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械振動分析測量領(lǐng)域，特別涉及一種實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械振動信號同步階比跟蹤分析方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機械振動階比跟蹤方法采用硬件方式來實現(xiàn)，需要有鎖相環(huán)、倍頻分頻電路，并且還需要有截止頻率實時可調(diào)的抗混疊跟蹤濾波器等，電路復(fù)雜，成本高，特別是在等角度重新采樣進行了重點研究。硬件實現(xiàn)方式主要問題在于：1）采樣頻率需要由旋轉(zhuǎn)機械上一次的轉(zhuǎn)速進行預(yù)估計，估計存在誤差，因此不能實現(xiàn)精確的整周期同步采樣，從而導(dǎo)致FFT結(jié)果存在頻譜泄露；2）硬件方式所需的截止頻率可調(diào)的抗混疊濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于采樣頻率需要不斷調(diào)整，采集得到的波形數(shù)據(jù)存在間隔，不連續(xù)的。公告號為CN102175439的中國專利，公開了一種“針對旋轉(zhuǎn)機械的階次分析實現(xiàn)方法”其對等角度重新采樣是“根據(jù)更新頻率的低速脈沖以及當(dāng)前高速軸上的轉(zhuǎn)速脈沖分別對采集卡輸出信號進行等角度重采樣”。此種方法在轉(zhuǎn)動機械轉(zhuǎn)速不變或變化小時相當(dāng)有效，但當(dāng)轉(zhuǎn)速隨時變化大時，此時的更新頻率是由第一次采樣時的頻率計算得來；因此，當(dāng)用此更新頻率與當(dāng)前高速軸上的轉(zhuǎn)速脈沖進行等角度重采樣，將帶來更新頻率與當(dāng)前高速軸上的轉(zhuǎn)速脈沖不同步，采樣數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。所以，傳統(tǒng)的階比跟蹤方法用在變轉(zhuǎn)速機械，特別是升、降速速率較高時，由于瞬時頻率無法跟蹤只能采用預(yù)設(shè)，又由于等角度重采樣是通過硬件的再次采樣，因此，階比跟蹤會出現(xiàn)大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出一種實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械振動信號同步階比跟蹤分析方法，通過由固定的采樣頻率實現(xiàn)精確的等角度采樣，不存在頻率混亂現(xiàn)象，也就是轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)動一次，采樣點對應(yīng)于轉(zhuǎn)軸上的角度差是一致的，在轉(zhuǎn)軸上位置是固定的，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確的整周期同步采樣。?

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械振動信號同步階比跟蹤分析方法，其中，所述分析方法包括采用固定采樣頻率同步采集旋轉(zhuǎn)機械振動信號和旋轉(zhuǎn)一周出現(xiàn)一次的鍵相脈沖信號，選取一個振動階比數(shù)M，利用插值濾波器對鍵相脈沖進行2×M倍插值，得到等角度振動采樣信號，經(jīng)過對等角度振動采樣信號進行處理，最終得到振動各階諧波波形；其具體步驟是：

1）由大于最大轉(zhuǎn)速頻率×階比數(shù)M的固定采樣頻率連續(xù)同步采集旋轉(zhuǎn)機械振動信號和轉(zhuǎn)速鍵相脈沖信號；

2）根據(jù)一個閾值識別鍵相脈沖信號上升沿和下降沿的到達時間，通過到達時間計算每兩個脈沖間的時間差，從而確旋轉(zhuǎn)機械每轉(zhuǎn)動一周的轉(zhuǎn)速和一周瞬時頻率；

3）采用插值濾波器對鍵相脈沖進行2×M倍插值，得到與振動均角信號對應(yīng)的時間序列；

4）由旋轉(zhuǎn)機械瞬時頻率和所述時間序列，對振動信號進行抗混疊數(shù)字濾波，由插值重采樣算法得到對應(yīng)時間序列的振動等角度采樣信號；

5）對等角度采樣信號進行快速傅里葉變換得到連續(xù)的旋轉(zhuǎn)機械振動階比譜，對等角度采樣信號進行恒帶寬濾波或者Gabor變換，得到連續(xù)的各階諧波波形。

進一步，所述的插值重采樣算法是線性插值、樣條插值、拉格朗日插值或者sinc插值算法中的一種。

進一步，所述階比數(shù)M是2的X次方，X是4或4以上的正整數(shù)。

進一步，所述數(shù)字濾波采用Kaiser窗FIR濾波器。

進一步，所述插值濾波器是級聯(lián)積分梳狀濾波器。

本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的貢獻是：

1.實現(xiàn)精確的等角度采樣，不存在頻率混亂現(xiàn)象，也就是轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)動一次，采樣點對應(yīng)于轉(zhuǎn)軸上的角度差是一致的，在轉(zhuǎn)軸上位置是固定的，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確的整周期同步采樣。

2.本方法克服了硬件方式時，采樣頻率需要由旋轉(zhuǎn)機械上一次的轉(zhuǎn)速進行預(yù)估計，估計存在誤差，因此不能實現(xiàn)精確的整周期同步采樣，從而導(dǎo)致FFT結(jié)果存在頻譜泄露；硬件方式所需的截止頻率可調(diào)的抗混疊濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于采樣頻率需要不斷調(diào)整，采集得到的波形數(shù)據(jù)存在間隔，不連續(xù)的缺點，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)波形的連續(xù)不間斷采集。

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做一詳細描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的實現(xiàn)流程圖；

圖2是本發(fā)明方法的基頻為線性變化的模擬振動信號示意圖；

圖3是模擬的鍵相脈沖信號示意圖；

圖4是模擬振動信號的頻譜示意圖；

圖5是采用本發(fā)明方法計算得到的鍵相脈沖時間示意圖；

圖6是采用本發(fā)明方法計算得到的轉(zhuǎn)速曲線示意圖；

圖7是采用本發(fā)明方法計算得到的振動均角信號示意圖；

圖8是采用本發(fā)明方法計算得到的階比譜示意圖。

具體實施方式