[发明专利]基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置

权利要求书

1.基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，包括入口动态压力/流量传感器、出口动态/流量压力传感器、信号采集卡、单片机及控制器，其特征在于，入口动态压力/流量传感器安装在压气机入口机匣壁处，出口动态压力/流量传感器安装在压气机出口机匣壁周，同时入口动态压力/流量传感器、出口动态/流量压力传感器分别与信号采集卡连接，信号采集卡与建立有频谱特征数据库的单片机连接，并在频谱特征数据库设有噪声能量比阈值，单片机与压气机出口端辐射噪声能量比达到所设噪声能量比阈值时进行喘振预警的控制器连接。

2.根据权利要求1所述的基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，其特征在于，压气机上设置有与单片机连接的喘振警报灯。

3.根据权利要求1所述的基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，其特征在于，控制器内设置有语音播报器。

4.根据权利要求1所述的基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，其特征在于，入口动态压力/流量传感器与出口动态/流量压力传感器为小型高灵敏度压力传感器。

5.根据权利要求1所述的基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，其特征在于，信号采集卡为16路PRESTON8300AU数字信号放大器。

6.根据权利要求1所述的基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，其特征在于，单片机为STM32F745ZGT6芯片，其核心处理器为ARM Cortex-M7。

7.根据权利要求1所述的基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，其特征在于，控制器为CNY17F-4的光电耦合器构成的IO输出的控制电路。

8.根据权利要求1～7任一项所述的基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测装置，其特征在于，基于频率特征变化的轴流压气机失速喘振预测步骤如下：

1)自适应学习，建立频谱特征数据库

由入口动态压力/流量传感器采集入口处气流动态压力变化信号、出口动态/流量压力传感器采集压气机输出口的气压波动值后将采集的信号传递至信号采集卡，信号采集卡进行信号的预处理与A/D转换，随后单片机对信号采集卡传递的动态压力变化值进行FFT处理，以得到正常工作状态时的频谱特征，同时对出口处与入口处频谱比值，建立频谱特征数据库，并在频谱特征数据库设定有上下频谱波动区域，且上下频谱波动区域不超过比值的30％；

2)在线监测自适应预测

观察压气机出口处动态压力变化值，建立压气机噪声特征频带，再统计其噪声在特征频带内的能量与测试总频带内的能量，得到压气机特征频带的噪声能量比，所述能量比λ的计算公式为

式(1)中，a、b为所关注频段范围，E_c为所关注特征频段内噪声的能量，E_t为测试总频段内所有频率特征的能量，A_i为各频率分量幅值，n为频率上限，至少不低于转速值；

依次设定噪声能量比阈值，且设定噪声能量比阈值为噪声能量比极大值的50％；

在实时监测压气机工作状态，获取压气机入口处和出口处的动态压力波动值，并对其频谱进行分析，求得压气机输出端的噪声能量比后，综合进行喘振判断；若出口处与入口处的频谱比值同时超出设定波动范围，且压气机出口端的噪声能量比超出所设噪声能量比阈值，则预测喘振将要发生，喘振报警信号灯亮起，控制器输出信号，语音播报器开始播报喘振。