[发明专利]一种高速叶片欠采样叶端振动信号的无混叠重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速叶片振动信号在线监测领域，具体涉及一种高速叶片欠采样叶端振动信号的无混叠重构方法。

背景技术

燃气轮机、航空发动机等叶片工作时在高温高压等恶劣环境下高速旋转，这使得叶片的振动测量是一个相当复杂的技术问题。传统的接触式叶片振动测量方法，如应变片测量法，必须把传感器安装到待测叶片上，费时费力且很难监测所有叶片振动情况；另外，接触传感器的工作寿命较短，自身荷重和体积会直接影响待测件的空气动力学和机械特性，从而制约了该类技术的实际应用。为此，自20世纪60年代开始，人们将研究重点转向了非接触式叶片振动在线测量方法，其中叶端定时测量法就是研究热点之一。

基于叶端定时的非接触式叶片振动在线检测基本原理是将叶端定时传感器沿圆周方向嵌入安装到旋转叶片径向相对静止的壳体上，当旋转叶片经过叶端定时传感器时会产生一个脉冲信号，通过对脉冲信号进行计数可以获得每个叶片叶端到达叶端定时传感器的时间。理论上当旋转叶片不产生振动时，每个叶片叶端通过叶端定时传感器的到达时间是固定的，而实际情况下当旋转叶片出现不对中、剥落、裂纹等潜在故障时会产生振动，此时叶片通过叶端定时传感器的时间会比理论到达时间提前或滞后，产生一个时间差，对该时间差信号序列进行处理就可以得到旋转叶片叶端的振动位移序列，从而可以估计出高速叶片的振动特性。

基于叶端定时法在线测量高速叶片振动不同于一般的振动信号采集，它的采样频率与转速和传感器数目成正比。而实际中由于安装代价和空间等因素的约束，叶端定时传感器数目一般较少，使得其采样频率较低，一般小于高速叶片的固有频率。因此，该采样过程并不满足奈奎斯特采样定理，使得采集的叶端振动信号是典型的欠采样信号，不能真实反映叶片的振动行为，必须进行重构。已有研究将欠采样叶端振动信号看成是带通信号，提出了一种基于香农采样定理的重构方法。但是，实际的欠采样叶端振动信号并不是带通信号，这使得重构信号存在严重的频率混叠现象。因此，迫切需要一种高速叶片欠采样叶端振动信号的无混叠重构方法，提高高速叶片振动分析与状态监控的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高速叶片欠采样叶端振动信号的无混叠重构方法，提供真实、可靠的高速叶片在线振动信号。叶端定时传感器可以是光纤式或者电容式传感器。

为了解决上述技术问题，本发明采用下述的技术方案：

一种高速叶片欠采样叶端振动信号的无混叠重构方法，其特征在于包括以下步骤：

第一、利用叶端定时信号采集系统获取欠采样的叶端振动信号

叶端定时信号采集系统包括叶端定时传感器、转速同步参考传感器、叶盘、高速脉冲采集电路、采集卡和计算机，叶端定时传感器均匀安装在圆周型壳体上，叶盘上的每个叶片通过每个叶端定时传感器以及同步参考传感器时会产生一个脉冲，利用脉冲计数法可以计算得到每个叶片通过每个叶端定时传感器的时间；记叶端定时传感器的数目为M，叶片数目为Q，叶片每分钟的转数为N，则旋转一周每个叶片会产生M个实际通过时间，根据这些实际通过时间可以得到该叶片叶端的M个振动位移，其表达式为

yij=πNR30(tij-t0j),i=1,...,M,j=1,...,Q---(1)]]>