[發明專利]一種旋轉機械扭轉振動信號采集分析方法

在審

• 申請號: 201610011172.8
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105628176A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 郭玉杰;劉靜宇;石峰;范鑫;張小科;劉占輝;羅劍斌
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;河南恩湃高科集團有限公司;國家電網公司
• 主分類號: G01H11/00
• 分類號: G01H11/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳;李伊寧

技術領域

本發明涉及一種旋轉機械扭轉振動信號采集分析方法，尤其涉及一種適用于汽輪 機、燃氣輪機、發電機、壓縮機、風機、泵和發動機等各類旋轉機械的旋轉機械扭轉振動信號 采集分析方法。

背景技術

扭轉振動是汽輪機、發電機、風機等旋轉機械經常發生的一類振動故障。在大幅扭 轉振動沖擊或長期扭轉振動作用下，轉軸表面會出現與截面成45°夾角的“麻花式”裂紋，容 易造成轉軸疲勞損壞。與轉軸彎曲振動測試不同的是，扭轉振動的測試要更為復雜，測試結 果所受到的影響因素也比較多，測試技術遠沒有彎曲振動測試技術那么成熟。而扭轉振動 對旋轉機械安全、穩定和可靠運行具有巨大影響，因此，開展扭轉振動測試技術研究，對提 高扭振測試信號準確度和可靠性具有重要意義。

扭轉振動測試分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式測量方法包括：蓋格爾法、動 態應變法和加速度傳感器法等。非接觸式測量方法包括：激光法和脈沖法等。相對于接觸式 測量方法而言，非接觸測量方法中的脈沖法原理簡單，在現場容易實現，是目前比較通用的 一種測量方法。本發明是建立在非接觸式脈沖測量法基礎上，以減輕各項干擾因素對脈沖 法扭振測量結果的影響為目標，所提出的一種扭轉振動信號分析法。

發明內容

本發明的目的是提供一種旋轉機械扭轉振動信號采集分析方法，采用非接觸式采 集形式從檢測到的脈沖信號中提取出扭振信號，能夠極大地提高旋轉機械扭轉振動信號分 析的準確度和可靠性，具有高可靠性和高測量精度的優點。

本發明采用下述技術方案：

一種旋轉機械扭轉振動信號采集分析方法，依次包括以下步驟：

A：將均勻設置有采樣點的標示裝置安裝在待測設備的轉軸測量截面處，并安裝配 套的檢測設備，調整檢測設備與轉軸之間的距離和角度，使檢測設備能夠穩定地輸出脈沖 信號；

B：去除檢測設備所輸出的脈沖信號中的低頻干擾；

C：將去除低頻干擾后的脈沖信號轉化為標準TTL脈沖信號輸出；

D：利用高頻計數器對標準TTL脈沖信號進行信號采樣，得到標示裝置上每個采樣 點轉過的時間，即系列計數值；

E：利用得到的系列計數值，根據標示裝置上的分度數，分別求得標示裝置上每個 采樣點的瞬時角速度，標示裝置上每個采樣點的瞬時角速度的集合，構成了系列瞬時角速 度值；

F：從標示裝置上每個采樣點的瞬時角速度中扣除轉軸平均角速度值，分別求得標 示裝置上每個采樣點的等角度采樣瞬時扭角速度值，標示裝置上每個采樣點的等角度采樣 瞬時扭角速度值的集合，構成了系列等角度采樣瞬時扭角速度值；

G：對每個采樣點的等角度采樣瞬時扭角速度值進行重采樣，將等角度采樣瞬時扭 角速度值轉化為以等時間間隔采樣方式得到的每個采樣點的等時間間隔采樣瞬時扭角速 度值，得到的每個采樣點的等時間間隔采樣瞬時扭角速度值的集合，構成了系列等時間間 隔采樣瞬時扭角速度值；

H：利用最小二乘方法消除系列等時間間隔采樣瞬時扭角速度值中的趨勢項，求得 真實扭角速度信號；

I：對消除趨勢項后的真實扭角速度信號進行積分變換，得到扭振角位移信號。

所述的步驟B中，利用高通濾波器去除檢測設備所輸出的脈沖信號中的低頻干擾。

所述的步驟C中，將去除低頻干擾后的脈沖信號轉化為0-5V的標準TTL脈沖信號輸 出。

所述的步驟D中，利用高頻計數器對標準TTL脈沖信號進行信號采樣，得到標示裝 置上每個采樣點轉過的時間，即系列計數值，分別記為Δt₁,Δt₂,...,Δt_N，其中，N代表采 樣點總數，即齒輪盤的總齒數。

所述的步驟E中，利用下述公式計算在t_n時刻標示裝置上第i個采樣點的瞬時角速 度ω_n(i)，

，N代表采樣點總數，即齒輪盤的總齒數；i代表標示裝置上第i個采樣點，即齒輪盤上的第i個齒的下標，Δt_i為第i個采樣點轉過的時間。

所述的步驟F中，利用下述公式計算標示裝置上第i個采樣點的等角度采樣瞬時扭 角速度值ω_tor(i)，

下標tor表示扭角速度，下標n表示瞬時角速度，i表示標示裝置上第i個采樣點，為轉軸平均角速度值，通過以下公式計算得出：