基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法技术方案

本发明专利技术涉及基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法，先安装振动平衡测量系统；启动微速差双转子系统并升速至平衡转速稳定后，以其中一转子为触发基准，采用同步整周期方式进行同步采样获得振动信号数据序列，将该序列前N/2点向后平移N/4点，将序列的前、后N/4点置零构造成新序列，并对两序列加汉宁窗处理，然后进行快速傅里叶变换得到相应的频谱；计算出内、外转子频率对应的谱线序号；触发基准转子的工频分量直接从其频谱中对应位置提取；另一转子的工频分量和相位则采用相位差频谱校正方式来获取；本方法对采样的时域序列加汉宁窗处理，减少频谱泄露；对于非触发转子的工频分量获取采用相位差频谱校正，确保其幅值和相位的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及属于转子东平衡以及振动的信号处理
，涉及微速差双转子系统的转子动平衡。
技术介绍
微速差双转子系统的典型代表是卧螺离心机，其结构如图1所示，其中差速器1、左轴承座2、测振传感器3、转鼓（外转子）4、螺旋（内转子）5、外基准光电传感器6、测振传感器7、右轴承座8和内基准光电传感器9如图所示设置。图中的测振传感器3和7分别安装于左右轴承座处，并将传感器连接至现场动平衡仪构成振动平衡测量系统。微速差双转子系统已广泛用于化工、轻工、制药、食品、环保等行业中，在使用过程中存在的最大问题是内、外转子不平衡引起机组的强烈振动。目前对于此类机组的现场平衡，尤其是在需要同时平衡内外转子的时候效果很不理想。微速差双转子系统整机动平衡的困难在于：如何从复杂的拍振信号中准确地分离出内、外转子各自的不平衡分量。近年来，一些学者就这个问题进行了研究，提出了几种对该类转子系统的整机动平衡方法，比较典型的有：矢量瓦特机光点轨迹识别法、外接信号补偿法、傅氏分析仪相关滤波法、计算机软件相关分析法等。矢量瓦特机光点轨迹识别法只能识别不太复杂的轨迹；外接信号补偿法需要在现场调节补偿信号，只能实现十分粗糙的平衡；傅氏分析仪相关滤波法在分离频率十分接近的拍振时，由于频谱的泄露而产生较大的误差，难以在生产实际中推广应用。微速差双转子系统的现场动平衡一般采用单面或双面的影响系数法来进行，以内转子或外转子的基准脉冲触发来对合成振动信号进行同步采样，如以外转子为基准，则对于外转子振动分量来说是同步整周期采样，其外转子工频振动分量不存在频谱泄露，但是对内转子振动分量来说属于非整周期采样，必然存在频谱泄露，导致该转子工频分量的获取误差增大，同时由于内、外转子频率距离很近，因此泄露的能量会影响到外转子，反之亦然。内外转子的不平衡分量（即幅值和相位）获取误差的增大必然影响到该类机组的整机平衡效果，甚至导致平衡失败。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法，以实现简单的微速差双转子系统的不平衡分量的高精度提取。为实现上述目的，本专利技术的基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法步骤如下：（1）安装微速差双转子的振动平衡测量系统，其中根据触发基准转子为外转子或内转子来分别安装外基准光电传感器或内基准光电传感器；（2）设内、外转子的转速分别为Ω1和Ω2，且Ω2>Ω1，转速差ΔΩ=Ω2-Ω1，启动微速差双转子系统并升速至平衡转速稳定后，以触发基准转子为触发基准，采用同步调整周期方式进行同步采样，获得振动信号数据序列X0（N），所述同步采样的周期数大于临界周期数；（3）将振动信号数据序列X0（N）前N／2点向后平移N／4点，其中N表示总的采样点数，将序列的前后N／4点置零构造一个新序列X1（N），并对X0（N）和X1（N）进行加汉宁窗处理，然后进行快速傅里叶变换得到相应的频谱Y0（N）和Y1(N)；（4）计算出内、外转子频率对应的谱线序号分别为k内和k外，k内=[Ω1N/(fs60)+1]，k外=[Ω2N/(fs60)+1]，其中fs表示同步采集的采样频率,“[]”表示四舍五入方式取整；（5）触发基准转子的工频分量直接从频谱Y0（N）中对应位置提取；（6）非触发基准转子的工频分量计算方法为：设k为非触发基准转子的谱线序号，如果触发基准为外转子，k取值分别为k内，如果触发基准为内转子，k取值为k外；计算出归一化的频率校正量为：Δk=-2((θk1-θk0)-πk/2)π=-2(Δθ-πk/2)π,]]>其中，θk1和θk0分别表示频谱Y0（N）和Y1(N)谱线号为k处对应的相位；校正频率为：fx=(k+Δk)fsN;]]>校正后的幅值为：yk0为Y0（N）中谱线号为k处对应的幅值；校正后的相位为：θk＝θk0-Δkπ。进一步的，所述步骤（2）中临界周期数为：如果以外转子为触发基准转子时临界周期数为4Ω2/ΔΩ，如果以内转子为基准转子时临界周期数为4Ω1/ΔΩ。进一步的，所述步骤（5）中若是以外转子为触发基准转子，对应的谱线序号为k外；若以内转子为触发基准转子，对应的谱线序号为k内。本专利技术的基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法，对采样的时域序列加汉宁窗处理，减少频谱泄露；对于非触发转子的工频分量获取采用相位差频谱校正，确保其幅值和相位的精度；本方法采用一次触发同步采样可以同时准确分离出内、外转子各自的不平衡分量，应用本方法可以同时对内、转子进行动平衡；相对于未经频谱校正，而直接通过快速傅里叶变换求得的内外转子的不平衡分量，本方法分离精度高，幅值误差小于1％，频率误差小于0.02个频率分辨率，相位误差小于5度；本方法算法简单，运行效率高，可软件实现，没有任何特殊硬件需求；对于传统单转子的动平衡仪或动平衡机，可应用本方法可方便改造成为微速差双转子现场动平衡仪或动平衡机。附图说明图1是微速差双转子动平衡测试系统示意图；图2是微速差双转子系统的“拍振”时域波形图；图3是微速差双转子系统的“拍振”频谱图；图4是仿真“拍振”信号的时域波形图；图5是仿真“拍振”信号的频谱图；图6是实施例的方法流程图。具体实施方式由于双转子系统的机组工作转速一般在800-300r/min，内、外转子转速差小，一般为7-14r/min,其典型的机组“拍振”波形信号如图2所示，其幅值谱如图3所示，采用常规的采集方式和FFT分析技术无法准确获取内、外转子的不平衡分量，常常导致平衡效果差，甚至平衡失败。要想准确获取内、外转子的不平衡分量，必须对常规方法做如下改进：1）提高采样的频率分辨率，本方法中要求内外转子对应频线间隔不小于4个频谱分辨率；2）对采样的时域序列加汉宁窗处理，减少频谱泄露；3）对于非触发转子的工频分量获取采用相位差频谱校正，确保其幅值和相位的精度。本方法主要应用于微速差双转子现场动平衡或平衡机平衡过程中的内、外转子各自的不平衡分量，属于动平衡中的核心技术环节。对于该类双转子的动平衡，可采用单面或双面的影响系数法进行。基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法的流程图如图6所示，具体实施方式为：1)首先安装振动平衡测量系统。图1给出了典型的双转子（卧螺离心机）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法，其特征在于，该方法的步骤如下：（1）安装微速差双转子的振动平衡测量系统，其中根据触发基准转子为外转子或内转子来分别安装外基准光电传感器或内基准光电传感器；（2）设内、外转子的转速分别为Ω1和Ω2，且Ω2>Ω1，转速差ΔΩ=Ω2？Ω1，启动微速差双转子系统并升速至平衡转速稳定后，以触发基准转子为触发基准，采用同步调整周期方式进行同步采样，获得振动信号数据序列X0（N），所述同步采样的周期数大于临界周期数；（3）将振动信号数据序列X0（N）前N／2点向后平移N／4点，其中N表示总的采样点数，将序列的前后N／4点置零构造一个新序列X1（N），并对X0（N）和X1（N）进行加汉宁窗处理，然后进行快速傅里叶变换得到相应的频谱Y0（N）和Y1(N)；（4）计算出内、外转子频率对应的谱线序号分别为k内和k外，k内=[Ω1N/(fs60)+1]，k外=[Ω2N/(fs60)+1]，其中fs表示同步采集的采样频率,“[]”表示四舍五入方式取整；（5）触发基准转子的工频分量直接从频谱Y0（N）中对应位置提取；（6）非触发基准转子的工频分量计算方法为：设k为非触发基准转子的谱线序号，如果触发基准为外转子，k取值分别为k内，如果触发基准为内转子，k取值为k外；计算出归一化的频率校正量为：Δk=-2((θk1-θk0)-πk/2)π=-2(Δθ-πk/2)π,其中，θk1和θk0分别表示频谱Y0（N）和Y1(N)谱线号为k处对应的相位；校正频率为：fx=(k+Δk)fsN;校正后的幅值为：yk0为Y0（N）中谱线号为k处对应的幅值；校正后的相位为：θk＝θk0？Δkπ。FDA00002370539000022.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于频谱校正的微速差双转子系统不平衡分量的提取方法，其特
征在于，该方法的步骤如下：
（1）安装微速差双转子的振动平衡测量系统，其中根据触发基准转子为外
转子或内转子来分别安装外基准光电传感器或内基准光电传感器；
（2）设内、外转子的转速分别为Ω1和Ω2，且Ω2>Ω1，转速差ΔΩ=Ω2-Ω1，
启动微速差双转子系统并升速至平衡转速稳定后，以触发基准转子为触发基准，
采用同步调整周期方式进行同步采样，获得振动信号数据序列X0（N），所述同步
采样的周期数大于临界周期数；
（3）将振动信号数据序列X0（N）前N／2点向后平移N／4点，其中N表示
总的采样点数，将序列的前后N／4点置零构造一个新序列X1（N），并对X0（N）
和X1（N）进行加汉宁窗处理，然后进行快速傅里叶变换得到相应的频谱Y0（N）
和Y1(N)；
（4）计算出内、外转子频率对应的谱线序号分别为k内和k外，
k内=[Ω1N/(fs60)+1]，k外=[Ω2N/(fs60)+1]，其中fs表示同步采集的采样频
率,“[]”表示四舍五入方式取整；
（5）触发基准转子的工频分量直接从频...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷文平，韩捷，陈宏，李凌均，陈磊，董辛旻，郝旺身，郝伟，王丽雅，
申请(专利权)人：郑州大学，郑州恩普特设备诊断工程有限公司，韩捷，
类型：发明
国别省市：