薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法技术

本发明专利技术提供薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法，首先对薄壁机匣外表面的连续扫描振动测试并采集薄壁机匣外表面的振动时域信号，然后通过带通滤波器和希尔伯特变换处理测试的时域信号得到薄壁机匣外表面的振动位移幅值，接着薄壁机匣变截面外表面激光连续扫描路径点坐标模型的建立并通过与薄壁机匣

【技术实现步骤摘要】
薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法


[0001]本专利技术属于薄壁机匣等圆筒结构的动力学连续扫描非接触模态测试
，具体涉及薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法
。

技术介绍

[0002]航空发动机作为飞机的心脏，提供着飞机的飞行动力，是一种十分复杂且精密的气动热力旋转机械，影响着航空飞机在飞行过程中的可靠性和安全性以及各项性能
。
在结构设计上，质量轻巧，结构力学性能良好的薄壁圆筒结构就大量应用于现代航空发动机的各类机匣中，有效的提高了航空发动机的性能，圆筒机匣作为航空发动机的承力部件，在飞机运行过程中受到发动机各工况下的振动载荷和气流等随机载荷的作用，所以它的动力学特性对发动机整体性能提升特别关键
。
现代分析机匣结构动力特性的一种方法是模态试验及分析法，利用模态试验，获得结构的动力学特性
。
传统的接触式传感器模态振动测试多是使用加速度传感器或电涡流传感器采集振动信号，其本身质量的影响引起结构刚性的改变，会产生较大的测试误差
。
并因为传感器个数以及空间限制，导致测点空间分辨率较低，不能完全反映机匣的整体振动变形情况
。
[0003]逐点扫描式激光多普勒测振技术
(SLDV)
在此背景下快速发展，其没有附加质量的影响并且实现了自动化多点测试，大大降低了测试操作难度，提高了工作效率
。
但是对于
SLDV
测试技术来说，当结构表面要求布置测点增加时，模态测试时间随着测点布置数量的增加而变长，并且
SLDV
测试技术在本质上也无法解决空间信息量离散的问题
。
因此连续扫描激光多普勒振动测试技术应运而生，根据连续扫描激光多普勒振动测试技术的特点，国外研究了一种针对薄壁圆筒结构内表面的
CSLDV
技术测试方法，在圆筒内部轴线安装步进电机，通过控制电机的沿轴向的步进，实现激光在结构内表面沿圆周方向匀速连续扫描，进而实现了整个圆筒内表面的连续扫描振动测试
。
国内研究了一种表面光滑无缺孔的薄壁圆筒结构连续扫描激光多普勒振动测试方法
。
[0004]国外的机匣内表面连续扫描激光多普勒振动测试技术试验复杂，效率低下，工程应用价值低，国内的简单薄壁圆筒外表面连续扫描激光多普勒振动测试技术虽然效率高，但是只能应用在表面简单不含缺孔的圆柱形圆筒结构，对于实际机匣这种表面含有大量的缺孔的变截面结构，薄壁圆筒外表面连续扫描激光多普勒振动测试技术无法解决机匣表面缺孔处振型的处理，以及机匣变截面导致其外表面激光连续扫描路径点坐标模型误差过大，无法有效且精准的反映薄壁机匣外表面振动位移幅值的真实情况
。
在这项工作中，提出了一种针对薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒测试方法，以克服机匣内表面连续扫描测试效率低下，薄壁圆筒外表面连续扫描测试结构简单的问题
。
这项工作研究了薄壁机匣外表面连续扫描振动测试信号的处理方法，解决了薄壁机匣变截面导致的外表面连续扫描路径点坐标模型误差过大以及表面缺孔处振型处理的问题
。
此外，薄壁机匣的连续扫描激光多普勒振动测试方法适用于大部分的轴对称薄壁机匣结构
。

技术实现思路

[0005]为了解决传统的连续扫描激光多普勒振动测试技术应用在薄壁机匣外表面结构困难的问题，本专利技术提供薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法，首先采用薄壁机匣外表面连续扫描激光多普勒振动测试系统完成薄壁机匣外表面的连续扫描振动测试并采集薄壁机匣外表面的振动时域信号，然后通过带通滤波器和希尔伯特变换处理测试的时域信号得到薄壁机匣外表面的振动位移幅值，接着根据激光头的工作原理，完成薄壁机匣变截面外表面激光连续扫描路径点坐标模型的建立并通过与薄壁机匣
UG
的坐标模型对比删除薄壁机匣外表面缺孔处的激光连续扫描路径点坐标以及基于激光连续扫描路径点坐标的振动位移幅值，得到薄壁机匣外表面平面展开的连续扫描模态振型，最后通过坐标转换公式得到薄壁机匣外表面三维的连续扫描模态振型
。
[0006]技术方案：
[0007]薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法，包含以下步骤：
[0008]步骤
(1)
：使用激光连续扫描振动测试系统对薄壁机匣外表面进行激光连续扫描，获取激光连续扫描路径点，采集并获得薄壁机匣外表面基于激光连续扫描路径点的时域信号；
[0009]步骤
(2)
：对时域信号进行降噪和希尔伯特变换处理得到薄壁机匣外表面基于激光连续扫描路径点的振动位移幅值；
[0010]步骤
(3)
：完成激光预设的路径坐标点与实际扫到薄壁机匣变截面表面路径坐标点的映射关系转换，实现薄壁机匣外表面激光连续扫描路径坐标点模型的建立；
[0011]步骤
(4)
：通过对照薄壁机匣的
UG
模型，删除薄壁机匣外表面缺孔处激光连续扫描路径点，构造考虑薄壁机匣外表面缺孔的激光连续扫描路径点的坐标模型；
[0012]步骤
(5)
：对应考虑薄壁机匣外表面缺孔的激光连续扫描路径点的坐标模型，删除薄壁机匣外表面缺孔处的振动位移幅值，并结合薄壁机匣外表面缺孔的激光连续扫描路径，构造薄壁机匣平面展开模态振型；
[0013]步骤
(6)
：通过坐标转换公式，完成薄壁机匣平面展开模态振型向三维模态振型的转换，实现薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试
。
[0014]优选的，步骤
(1)
的实现过程为：
[0015]步骤
(11)
：搭建激光连续扫描振动测试系统，将薄壁机匣放置于激光连续扫描振动测试系统上，开始薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试，采集薄壁机匣外表面的激光测试信号：
[0016]v(x,t)
＝
V(x)cos(w
b
t+
θ
)
[0017]v(x,t)
代表在
t
时刻坐标
(x,0,0)
处的振动速度，
V(x)
为坐标
(x,0,0)
处的最大振幅，
w
b
为正弦激振力的频率，
θ
为坐标
(x,0,0)
处振动的相位角；
[0018]步骤
(12)
：将激光测试信号转换为薄壁机匣外表面基于激光连续扫描路径点的时域信号：
[0019]v(x,t)
＝
V{g(t)}cos(w
b
t)cos
θ
‑
V{g(t)}sin(w
b
t)sin
θ
[0020]V{g(t)}cos(w
b
t)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤
(1)
：使用激光连续扫描振动测试系统对薄壁机匣外表面进行激光连续扫描，获取激光连续扫描路径点，采集并获得薄壁机匣外表面基于激光连续扫描路径点的时域信号；步骤
(2)
：对时域信号进行降噪和希尔伯特变换处理得到薄壁机匣外表面基于激光连续扫描路径点的振动位移幅值；步骤
(3)
：完成激光预设的路径坐标点与实际扫到薄壁机匣变截面表面路径坐标点的映射关系转换，实现薄壁机匣外表面激光连续扫描路径坐标点模型的建立；步骤
(4)
：通过对照薄壁机匣的
UG
模型，删除薄壁机匣外表面缺孔处激光连续扫描路径点，构造考虑薄壁机匣外表面缺孔的激光连续扫描路径点的坐标模型；步骤
(5)
：对应考虑薄壁机匣外表面缺孔的激光连续扫描路径点的坐标模型，删除薄壁机匣外表面缺孔处的振动位移幅值，并结合薄壁机匣外表面缺孔的激光连续扫描路径，构造薄壁机匣平面展开模态振型；步骤
(6)
：通过坐标转换公式，完成薄壁机匣平面展开模态振型向三维模态振型的转换，实现薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试
。2.
如权利要求1所述的薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法，其特征在于，步骤
(1)
的实现过程为：步骤
(11)
：搭建激光连续扫描振动测试系统，将薄壁机匣放置于激光连续扫描振动测试系统上，开始薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试，采集薄壁机匣外表面的激光测试信号：
v(x,t)
＝
V(x)cos(w
b
t+
θ
)v(x,t)
代表在
t
时刻坐标
(x,0,0)
处的振动速度，
V(x)
为坐标
(x,0,0)
处的最大振幅，
w
b
为正弦激振力的频率，
θ
为坐标
(x,0,0)
处振动的相位角；步骤
(12)
：将激光测试信号转换为薄壁机匣外表面基于激光连续扫描路径点的时域信号：
v(x,t)
＝
V{g(t)}cos(w
b
t)cos
θ
‑
V{g(t)}sin(w
b
t)sin
θ
V{g(t)}cos(w
b
t)
表示薄壁机匣外表面的实部振动位移幅值，
‑
V{g(t)}sin(w
b
t)
表示薄壁机匣外表面的虚部振动位移幅值；
g(t)
表示薄壁机匣外表面激光连续扫描路径点函数
。3.
如权利要求2所述的薄壁机匣外表面的连续扫描激光多普勒振动测试方法，其特征在于，步骤
(2)
的实现过程为：步骤
(21)
：将时域信号通过快速傅里叶变换
FFT
转换成频域信号：
v(w)
＝
FFT(v(t))
步骤
(22)
：将频域信号
v(w)
通过带通滤波器
B
s
(w)
，滤除无效频率，得到降噪后的频域信号
V(w)
，其中带通滤波器
B
s
(w)
为：则有频域信号
V(w)
为：
V(w)
＝
v(w)
·
B
s
(w)
步骤

【专利技术属性】
技术研发人员：臧朝平，欧晓泉，陈香，王琦，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：