一种航空发动机的振动监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种航空发动机的振动监测系统，其通过两个振动传感器来采集航空发动机的振动数据并分别进行放大处理，再通过FPGA芯片将两路振动信号分开存储后进行并行处理，两路振动信号的处理过程互不干预，防止两路信号之间出现信号干扰问题，保证了计算结果的准确度，并有效降低了计算时间。通过DSP处理器获取发动机转速并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，最后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，若某一路振动信号的振动分量速度幅值或振动总量速度幅值超过预设阈值时，则记录下振动超限状态，从而实现对发动机振动情况的智能化监测。智能化监测。智能化监测。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机的振动监测系统


[0001]本专利技术涉及航空发动机监测
，特别地，涉及一种航空发动机的振动监测系统。

技术介绍

[0002]航空发动机的结构复杂，工作条件严苛，为了保证其能够稳定、可靠地工作，其性能参数监测为重中之重，其中，振动作为航空发动机的动态参数之一，对于发动机工作的可靠性起到关键性的决定作用。而目前关于发动机的振动监测，通常都是采取在地面模拟发动机的各种工作状态实现振动模拟测试，但是，发动机的振动情况受实际工作环境的影响较大，而实际工作环境变化多端，因此，地面的振动模拟测试结果无法准确表征发动机实际工作的振动情况，无法准确地对发动机的振动超限状态进行监测。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种航空发动机的振动监测系统，以解决现有技术无法准确地对发动机的振动超限状态进行监测的技术问题。
[0004]根据本专利技术的一个方面，提供一种航空发动机的振动监测系统，包括：
[0005]两个振动传感器，用于采集航空发动机的振动数据；
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]进一步地，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。
[0011]进一步地，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。
[0012]进一步地，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。
[0013]进一步地，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。
[0014]进一步地，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。
[0015]进一步地，所述加窗处理模块采用窗函数法设计的FIR数字滤波器。
[0016]进一步地，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。
[0017]进一步地，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。
[0018]进一步地，所述DSP处理器包括：
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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；
[0023]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。
[0024]本专利技术具有以下效果：
[0025]本专利技术的航空发动机的振动监测系统，通过两个振动传感器来采集航空发动机的振动数据，并利用两路电荷放大电路对两个振动传感器的振动信号分别进行放大处理，再通过FPGA芯片控制ADC采样芯片对两路振动信号进行采集，并将两路振动信号分开存储后进行并行处理，两路振动信号的处理过程互不干预，防止两路信号之间出现信号干扰问题，保证了计算结果的准确度，并有效降低了计算时间。然后，通过DSP处理器获取发动机转速，并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，最后基于两路振动信号对应的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，一旦某一路振动信号的振动分量速度幅值或振动总量速度幅值超过预设阈值时，则记录下振动超限状态，必要时还可以进行告警，从而实现对发动机振动情况的智能化监测。
[0026]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0027]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0028]图1是本专利技术优选实施例的航空发动机的振动监测系统的模块结构示意图。
[0029]图2是本专利技术优选实施例的FPGA芯片的模块结构示意图。
[0030]图3是本专利技术优选实施例的滤波处理模块的单元结构示意图。
[0031]图4是本专利技术优选实施例的DSP处理器的模块结构示意图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：周莉芳，李兴，洪丽，吴昶，唐丽娟，
申请(专利权)人：中国航发南方工业有限公司，
类型：发明
国别省市：