[發(fā)明專利]一種適用于旋轉(zhuǎn)葉片葉尖定時信號的時-頻處理方法

有效

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• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112304616B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張繼旺;丁克勤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國特種設(shè)備檢測研究院
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01M15/02;G01H17/00;G06F17/14;G06F17/16
• 代理公司: 北京惟盛達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11855
• 代理人: 楊青

本發(fā)明公開了一種適用于旋轉(zhuǎn)葉片葉尖定時信號的時?頻處理方法，包括獲取葉尖定時信號的采樣信號；設(shè)定功率譜變化率閾值；確定功率譜向量W⁽ⁱ⁾；根據(jù)功率譜向量W⁽ⁱ⁾計算自相關(guān)矩陣R⁽ⁱ⁾；對所采集的葉尖定時信號進行傅里葉變換F⁽ⁱ⁾，計算離散幅值譜S⁽ⁱ⁾；并根據(jù)離散幅值譜S⁽ⁱ⁾計算功率譜向量W⁽ⁱ⁾；進行F⁽ⁱ⁾、S⁽ⁱ⁾、W⁽ⁱ⁾循環(huán)迭代，當?shù)螖?shù)達到所設(shè)定的閾值或功率譜變化率小于所設(shè)定的功率譜變化率閾值，則停止循環(huán)迭代；將最后一次傅里葉變換所得到的頻譜信號作為處理結(jié)果。本發(fā)明所提供的方法擴大了分析頻率的范圍，提高了頻率分辨率，能夠?qū)Ψ蔷鶆蚝颓凡蓸尤~尖定時信號頻譜的精確分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煙氣輪機、航空發(fā)動機、汽輪機等設(shè)備的旋轉(zhuǎn)葉片狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種適用于旋轉(zhuǎn)葉片葉尖定時信號的時-頻處理方法。

技術(shù)背景

旋轉(zhuǎn)葉片是透平機械的核心部件，旋轉(zhuǎn)葉片在長期運行過程中承受著復(fù)雜的交變載荷，容易產(chǎn)生疲勞裂紋乃至發(fā)生斷裂事故，因此需要對旋轉(zhuǎn)葉片進行狀態(tài)監(jiān)測。

對于旋轉(zhuǎn)葉片的狀態(tài)監(jiān)測通常采用的是葉尖定時測振方法獲取旋轉(zhuǎn)葉片的葉尖定時信號，如圖1所示，具體是通過在旋轉(zhuǎn)葉片外圍機殼上安裝若干個定時傳感器，在轉(zhuǎn)軸處安裝鍵相傳感器P1～P3用于轉(zhuǎn)速計算。當葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動，葉尖到達定時傳感器的時間會提前或滯后于理論時間，從而產(chǎn)生一個時間差，再據(jù)該時刻對應(yīng)的轉(zhuǎn)速信息可計算出葉片振動位移，通過連續(xù)采集即可得到葉片振動位移序列，再對該振動位移序列進行處理，即可得到葉片的振動信息。采用上述葉尖定時測振方法獲取葉尖定時信號時，對于一個定時傳感器，旋轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動一周才能夠采集到一個葉片振動信號，即使在旋轉(zhuǎn)葉片外圍機殼上安裝多個定時傳感器，但由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制，安裝的定時傳感器數(shù)量有限，但旋轉(zhuǎn)葉片的振動頻率遠高于其轉(zhuǎn)動頻率，定時傳感器安裝的位置也無法均勻分布，因此導(dǎo)致最終所獲取的信號屬于非均勻且欠采樣的信號，無法滿足奈奎斯特采樣定理，從而無法采用傳統(tǒng)方法進行有效的時-頻分析。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述存在的技術(shù)問題，將煙氣輪機、航空發(fā)動機、汽輪機等設(shè)備的旋轉(zhuǎn)葉片所采集到的非均勻、欠采樣信號，從時域轉(zhuǎn)換至頻域，本發(fā)明提供了一種適用于旋轉(zhuǎn)葉片葉尖定時信號的時-頻處理方法，其具體技術(shù)方案如下：

一種適用于旋轉(zhuǎn)葉片葉尖定時信號的時-頻處理方法，包括如下步驟：

S1.獲取旋轉(zhuǎn)葉片的葉尖定時信號的采樣信號，所述采樣信號包括采樣時間序列t_k和采樣幅值序列x(t_k)，其中k＝0,1,2…N-1，N為采樣長度；

S2.設(shè)定功率譜變化率閾值T₀；

S3.確定功率譜向量W⁽ⁱ⁾，其中功率譜向量的初始值為W⁽⁰⁾,W⁽⁰⁾＝[1,1,…,1]^1×N，i表示迭代次數(shù)；

S4.根據(jù)功率譜向量W⁽ⁱ⁾計算自相關(guān)矩陣R⁽ⁱ⁾；

S5.對步驟S1中所采集的葉尖定時信號進行傅里葉變換F⁽ⁱ⁾，計算離散幅值譜S⁽ⁱ⁾；并根據(jù)離散幅值譜S⁽ⁱ⁾計算功率譜向量W⁽ⁱ⁾；

S6.將步驟S5中計算得到的功率譜向量W⁽ⁱ⁾帶入至步驟S3中進行循環(huán)迭代，直到實際功率譜變化率T小于功率譜變化率閾值T₀，則停止循環(huán)迭代，其中

S7.將最后一次傅里葉變換F⁽ⁱ⁾所得到的頻譜信號作為處理結(jié)果。