[發明專利]基于水下聲信號的海上風機非接觸式葉輪轉速監測方法

有效

• 申請號: 202011185695.7
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112326987B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 王榮鑫;許肖梅;黃龍飛;朱培斌;劉后秀;周陽亮
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

1.基于水下聲信號的海上風機非接觸式葉輪轉速監測方法，其特征在于包括以下步驟：

1)在海上風機開始運行時，利用布放在水體中的球形水聽器連續采集風機運行中的水下聲信號，接收到的聲信號經前置放大、抗混疊濾波和模數轉換后得到數字信號；

2)對步驟1)實時采集得到的數字信號進行處理，獲取第i秒數字信號sn_i[j]，再將數字信號sn_i[j]輸入數字帶通濾波器后得到濾波信號snf_i[j]；

3)對濾波信號snf_i[j]進行快速傅里葉變換，獲得信號的頻譜信息，若頻譜中幅度最大值A_m1與次大值A_m2之比超過設定的幅度閾值比A_t，直接將此時頻譜的峰值頻率f_max作為第i秒的線譜頻率fm_i，并執行步驟6)，否則執行步驟4)；

4)建立一個二階欠阻尼雙穩態隨機共振系統，初始化系統參數的范圍a,b∈(0,2]、γ∈(0,1]，將步驟2)得到的濾波信號snf_i[j]輸入到二階欠阻尼雙穩態隨機共振系統中，以加權頻譜峰值信噪比為衡量指標，通過人工魚群算法對系統參數a、b、γ進行聯合尋優，得到最優的系統參數a_opt、b_opt、γ_opt及對應的最優輸出信號x_i[j]_opt，j＝1,2,…,N；

5)將步驟4)得到的最優輸出信號x_i[j]_opt進行快速傅里葉變換，計算獲得此時頻譜中的峰值頻率f_max，并將峰值頻率f_max作為第i秒的線譜頻率fm_i；

6)根據步驟3)或步驟5)得到的線譜頻率fm_i代入預先確定的擬合公式，計算得到葉輪轉速v_i；

7)將步驟6)得到的葉輪轉速v_i與設定的門限閾值進行對比，若葉輪轉速在正常值范圍，重復執行步驟2)～7)，繼續對下1s的采集數據進行處理，實現葉輪轉速的監測；若葉輪轉速異常，發出警報信號，并停止風機運行以保證風機安全。

2.如權利要求1所述基于水下聲信號的海上風機非接觸式葉輪轉速監測方法，其特征在于在步驟1)中，所述球形水聽器布放在離海上風機樁基中心50m、水體中層深度處。

3.如權利要求1所述基于水下聲信號的海上風機非接觸式葉輪轉速監測方法，其特征在于在步驟2)中，所述得到濾波信號snf_i[j]的具體方法為：對步驟1)實時采集得到的數字信號每次取時長1s進行處理，第i秒數字信號即為sn_i[j]，j＝1,2,…,N，N為每秒鐘水下聲信號的采樣點數，將數字信號sn_i[j]輸入數字帶通濾波器后得到濾波信號snf_i[j]，j＝1,2,…,N。

4.如權利要求1所述基于水下聲信號的海上風機非接觸式葉輪轉速監測方法，其特征在于在步驟2)中，所述數字帶通濾波器的截止頻率根據前1s得到的線譜頻率fm_i-1進行設置；其中，設定第1s采集的信號其截止頻率設置為70～160Hz，后續截止頻率將根據前1s得到的線譜頻率fm_i-1設置為(fm_i-1-10)～(fm_i-1+10)Hz。

5.如權利要求1所述基于水下聲信號的海上風機非接觸式葉輪轉速監測方法，其特征在于在步驟6)中，所述擬合公式根據海上風電場現場測試獲得數據，通過最小二乘法擬合得到，其表達式如下：

v_i＝c₁*fm_i+c₂。