[发明专利]基于转速脉冲重构的航空发动机振动信号相位测量方法

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机振动监测技术领域，具体的说是一种航空发动机振动信号相位测量方法，用于在航空发动机高速运行时的复杂振动环境下，稳定并精确的实现对振动信号相位的测量。

背景技术

目前，振动信号分析是诊断航空发动机故障的一种有效方法，绝大多数结构强度方面的故障都与振动信号有密切的关系。发动机振动监测是状态监控与故障诊断的一项重要内容。通过相关的传感器，可以采集到发动机的各种振动信号，通过对振动信号的振幅、振动烈度、相位等参数的实时检测，结合振动信号的固有特征，可实时监测发动机的运转情况，避免大事故发生给企业造成损失。振动信号的相位信息对转子的动平衡、发动机的动态特性和故障特性有着重要的意义，因此研究振动信号相位测量方法具有非常重要的工程意义。

传统的振动信号相位测量方法一般先采用FFT运算将信号转换到频域，然后再实现对相位的测量。这种方法是等时间间隔采样，对转速稳定的稳态信号，其估计的相位较准确。但当转子运行不稳定时，比如启、停车过程，每周期内的采集点数是时变的，此时利用FFT计算非周期采样将会产生由频谱泄露引起的泄露误差，使测得的幅值、相角偏离实际值，尤其是相位测量误差更大。其改进方法是保证等角度采样，从而将非稳态信号通过恒定角增量采样转变为角域的稳定信号，有效地克服了“频谱泄露”现象。在现有方法中，一般通过实时改变采样率或通过对数字信号进行插值来实现等角度采样。实时改变采样率的方法通过转速信息控制实际的采样率实现，它是一个动态的平衡过程，其精度有限；数字信号插值的方法相对比较容易实现，在转速达到动平衡时，其精度较高，但当转速大动态变化时，需要插值的点数变大，会影响插值精度，从而影响对相位的估计精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述振动信号相位测量方法的不足，提出了一种基于转速脉冲重构的航空发动机转子振动信号相位测量方法，以避免由于频谱泄露、信噪比低等诸多因素的影响，提高测量精度。

本发明的技术解决方案是：一种基于转速脉冲重构的航空发动机振动信号相位测量方法，包括如下过程：

（1）监测转速脉冲，根据下式计算当前时刻转速脉冲的周期T_k，

T_k=t_k-t_k-1

                                                            1）

其中，t_k为转速脉冲的第k个上升沿对应的时刻，k=1,2,3,...，表示上升沿的序号；

（2）计算振动信号在转速脉冲周期T_k内采集数据的点数，记为N_k，并将该周期内的振动信号记为S_k(t)，t_k-1<t≤t_k；

（3）结合实际系统中的采样率，产生周期为T_k、点数为N_k的两路正交信号，作为参考信号；两路正交信号分别为相位为0°的正弦和余弦信号，分别记为I_k(t)和Q_k(t)，t_k-1<t≤t_k；

（4）将I_k(t)和Q_k(t)作为两路本振，和振动信号S_k(t)进行混频，并将不同时刻的混频结果进行顺序拼接，得到新的数据I′_k(t)和Q′_k(t)；

（5）通过低通滤波器滤去高频分量，滤波后的信号记为I″(t)和Q″(t)；

（6）分别对I″(t)和Q″(t)进行积分，得到两路积分结果；

（7）通过下式估计振动信号的相位