[发明专利]一种航空发动机的振动监测系统

权利要求书

1.一种航空发动机的振动监测系统，其特征在于，包括：

两个振动传感器，用于采集航空发动机的振动数据；

两路电荷放大电路，用于对两个振动传感器的振动信号分别进行放大处理，并将振动传感器输出的电荷信号转换为电压信号后输出；

ADC采样芯片，用于采集两路电荷放大电路输出的两路电压信号，并将电压信号转换为数字信号；

FPGA芯片，用于控制所述ADC采样芯片进行连续采样，将ADC采样芯片输出的两路数字信号分开存储后进行并行处理，并将两路振动信号时域数据分别转换为两路振动信号频域数据后输出；

DSP处理器，用于获取发动机转速，根据发动机转速和两路振动信号频域数据计算得到每路振动信号的振动分量速度幅值和振动总量速度幅值，并基于振动分量速度幅值和振动总量速度幅值进行发动机振动超限判断。

2.如权利要求1所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述FPGA芯片包括采集数据缓存模块和两路信号处理通道，所述采集数据缓存模块用于对两个所述ADC采样芯片采集的两个通道的振动传感器数据进行分区存储，两路信号处理通道用于对两个通道的振动传感器数据进行并行处理。

3.如权利要求2所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述采集数据缓存模块的数量为两个，采用交替缓存的方式存储ADC采样数据。

4.如权利要求2所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，每路信号处理通道包括依次顺序连接的滤波处理模块、重采样模块、量纲转换模块、加窗处理模块、FFT变换模块、幅值谱计算模块和加窗修正模块，其中所述滤波处理模块用于对ADC采样的振动信号的时域数据序列进行滤波处理，并对时域数据序列进行数据截取，所述重采样模块用于对所述滤波处理模块输出的时域数据序列进行重采样，所述量纲转换模块用于将所述重采样模块输出的时域数据序列中的每个采样点数据的电压值转换为振动加速度值，所述加窗处理模块用于将所述量纲转换模块输出的时域数据序列与窗函数系数序列逐项相乘，输出加窗时域数据序列，所述FFT变换模块用于将所述加窗时域数据序列转换为频域数据序列，所述幅值谱计算模块用于计算出频域数据序列中每个频率点的加速度幅值，得到加速度幅值序列，所述加窗修正模块用于将所述加速度幅值序列与加窗修正系数相乘，得到加窗修正后的振动加速度在频域的幅值序列。

5.如权利要求4所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述滤波处理模块包括滤波单元、趋势项去除单元和数据截取单元，所述滤波单元用于采用加权平均滤波算法对振动信号的时域数据序列进行平滑处理，滤除噪声和干扰，所述趋势项去除单元用于去除掉经过平滑处理后的时域数据序列中的趋势项，所述数据截取单元用于对时域数据序列进行数据截取，截取出的数据点形成新的时域数据序列。

6.如权利要求5所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述趋势项去除单元首先计算振动信号的均值，然后将振动信号的时域数据序列中的每个点数据减去均值，从而得到去趋势项后的时域数据序列。

7.如权利要求4所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述加窗处理模块采用窗函数法设计的FIR数字滤波器。

8.如权利要求7所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述FPGA芯片还包括时延消除模块，用于在确定滤波器类型后，基于滤波器的阶数和采样频率计算得到时延大小，然后基于时延大小将滤波后的信号波形进行平移变换，从而完全消除FIR数字滤波器时延的影响。

9.如权利要求7所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述FIR数字滤波器采用低通滤波器或者高通滤波器时，窗函数选择布莱克曼窗；所述FIR数字滤波器采用带通滤波器或者带阻滤波器时，窗函数选择布拉克曼-哈里斯窗。

10.如权利要求4所述的航空发动机的振动监测系统，其特征在于，所述DSP处理器包括：

检波模块，用于采用检波算法识别出加窗修正后的加速度幅值序列中的所有峰值点；

发动机转速获取模块，用于通过串口通信获得发动机的转速；

第一计算模块，用于根据发动机转速计算得到本次采样周期内的基频和二倍频，并结合加窗修正后的加速度幅值序列获得基频、二倍频对应的振动分量速度幅值；

第二计算模块，用于根据所述检波模块识别出的一个采样周期内的所有峰值点来计算每个峰值点的振动分量速度幅值和振动总量速度幅值；

振动超限判断模块，用于根据计算得到的所有峰值点的振动分量速度幅值、振动总量速度幅值、基频和二倍频的振动分量速度幅值进行振动超限情况判断，识别出振动超限状态并进行记录。