[发明专利]一种叶端定时信号时频滤波方法

说明书

本发明公开了一种叶端定时信号时频滤波方法，方法包括以下步骤：利用叶端定时传感器获取旋转叶片的时间脉冲，然后根据叶片半径R和转速n将实际达到时间和理论达到时间差Δt转换为位移数据；根据采样频率选择分析数据，使用频谱分析方法得到混叠频率幅值向量，将不同采样频率下的混叠频率幅值向量进行组合，形成二维幅值矩阵，由转频序列、混叠频率序列、二维幅值矩阵得到转频‑混叠频率图；识别RAF中的直线，得到直线的表达式，即斜率与截距参数；根据直线表达式计算不同采样频率下的混叠频率，根据该混叠频率产生带通滤波频带范围，使用该带通滤波器对信号进行滤波。本发明方法具有可解释性，滤波能力强的特点，可用于对叶端定时信号滤波。

技术领域

本发明属于叶片无损检测领域，具体涉及一种叶端定时信号时频滤波方法。

背景技术

涡轮机械广泛应用于工业中，同时旋转叶片又是涡轮机械中核心部件。但由于长期承受气流冲击、高速旋转所引起的离心力，外物冲击，叶片成为涡轮机械中较为薄弱的部件，叶片的损伤将会导致设备失效甚至是安全事故，所以对叶片进行故障诊断十分有必要。传统的维修方式的定期维修，严重依赖于维修经验，且容易维修过剩和维修不及时。测量叶片的振动，从中分析叶片的健康状态称为了流行的方法，单传统的接触式测量方法，如应变片测量，耗时，寿命短且效率低，很难应用到实际的工业环境下，叶端定时(Blade TipTiming，BTT)是一种非接触式方法，它使用安装在静止机匣中的探头(电容式、光纤式、电涡流式等)，记录叶片的达到时间脉冲，将不考虑叶片振动情况下的理论达到时间和实际达到时间之差转换成叶端位移，并以此计算叶片末端的位移。叶端定时信号中存在着噪声，包括背景造成，转频及其倍频所产生的振动噪声，为了得到准确的故障诊断信息，有必要对叶端定时信号进行滤波，但叶端定时信号具有欠采样的特性，这也给滤波工作带来了困扰，传统的叶端定时滤波方式往往是通过多项式滤波、小波降噪等方法，效果十分有限，所以需要一种更先进的叶端定时滤波方法。

发明内容

鉴于以上内容，本发明的目的在于提出一种叶端定时信号时频滤波方法，对严重欠采样的叶端定时数据进行滤波。。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种叶端定时信号时频滤波方法包括以下步骤：

第一步骤，利用叶端定时传感器获取叶片的时间脉冲，基于所述时间脉冲生成转速n，然后根据叶片半径R和转速n将实际达到时间和理论达到时间差Δt转换为位移数据；

第二步骤，基于所述位移数据选择转频范围，基于频谱分析得到混叠频率幅值向量，将不同采样频率下的混叠频率幅值向量进行组合，形成二维幅值矩阵，基于转频频率序列、混叠频率序列、二维幅值矩阵得到转频-混叠频率图，其中，转频频率序列经由转频频率步长和转频范围确定，混叠频率序列经由混叠频率分辨率和最高转频确定；

第三步骤，识别转频-混叠频率图中的直线，得到直线的表达式f_h＝af_r+b，a，b为参数，

第四步骤，基于表达式计算不同采样频率下的混叠频率，根据所述混叠频率产生带通滤波频带范围，基于带通滤波频带范围对位移数据进行滑动滤波，所述位移数据包括位移时域信号。

所述的叶端定时信号时频滤波方法中，第一步骤中，

使用叶端定时传感器采集变转速情况下叶盘叶片的达到时间脉冲t，利用转速传感器获取转轴的转频f_r，计算在无振动情况下，叶片达到第k个传感器的理论达到时间其中，表示第i个叶片在第p圈到达第k个传感器的理论时间，θ_i表示第i个叶片的角度，α_k表示第k个传感器的安装角度，f_r(p)表示第p圈时的转频，表示第i个叶片在第p-1圈达到第k个传感器的实际时间。

根据叶片半径R和转频f_r将实际达到时间与理论达到时间差转换为位移数据：