本发明专利技术公开了一种适用于在线动平衡的不平衡信号幅提取方法，具体步骤如下：(1)对振动传感器传来的振动信号调理、采样，通过键相传感器的键相脉冲设置振动信号和标准正弦信号的时间参考点，然后对振动信号进行两级FIR滤波实现信号降噪。；(2)根据在滤波后振动信号的频谱图判断是否含有大幅值干扰信号，如没有大幅值干扰，采用减法运算去除大幅值干扰信号，如没有，不做此步处理；(3)根据滤波后标准正弦信号与消噪后振动信号互相关运算结果采用改进互相关提取法计算不平衡信号的幅值和相位。采用本发明专利技术方法能够在强噪声背景下快速、准确地提取不平衡信号的幅值和相位，适用于旋转机械在线动平衡装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号提取方法，具体涉及用于在线动平衡测量的不平衡信号提取方法。
技术介绍
在线动平衡装置作为在线故障诊断装置的一部分，目前已提出置于各种高速旋转机械内以提高机械的旋转精度、稳定性、可靠性。在线动平衡的原理是当旋转机械以工作速度旋转时，通过对安装在旋转机械支撑结构上的传感器采集的振动信号滤波消噪提取出不平衡信号，计算出不平衡量的大小和位置，通过在线不平衡补偿装置对旋转机械进行平衡。由于引起旋转机械振动的激励源众多以及振动信号采集装置的电气干扰，由传感器所获原始振动信号往往是掺杂大量污染信号的不平衡信号。因而，如何从强噪声背景中精确地提取出不平衡信号直接关系平衡效果，是在线动平衡的一个关键技术。近年来，根据不平衡信号频率与转子转频相同的显著特征，结合常用的信号处理方法，人们提出了一些适用旋转机械不平衡信号提取的方法，主要有FFT法、互相关法和最小二乘参数拟合估计法。FFT法采用成熟的快速傅里叶变换得到信号频谱图，运算速度快，但由于泄露和栅栏效应提取精度较低，尤其相位误差较大，需要进行较复杂的修正。最小二乘参数估计法是在最小二乘原理的基础上对转频频率的正弦信号进行参数估计，运算时间长，不适合于在线动平衡。互相关法通过与转频同频正弦信号和振动信号互相关后即可计算出不平衡信号的幅值和相位，提取精度高。目前提出的一种间接运算法，先通过FFT计算信号的互谱，再作FFT逆变换得互相关函数，大大提高了互相关运算速度，更易满足在线动平衡的实时性要求。郭俊华等2011年发表在机械与电子期刊的文献转子动平衡中振动信号幅值相位的提取方法研究中比较了传统FFT变换法、整周期采样DFT法、互相关法三种幅值和相位提取法，并通过结果指出，互相关法具有计算时间短，精度高的优点，在采样长度足够长时无需整周期采样，能摆脱锁相电路等硬件设备。然而所提方法由于缺少消噪处理，在强噪声背景下幅值和相位提取精度会大大降低；同时该法需要与两个正弦信号互相关，计算较复杂。中国专利公开号CN102353500 A,公开日2012年02月05号，专利技术创造的名称一种用于动平衡测量的不平衡信号提取方法，该申请案公开了在对振动信号跟踪滤波后根据有无近频干扰分别采用正弦参数搜索法和互相关法提取不平衡信号。该专利所公开方法中正弦参数搜索法运算时间长，不能满足在线动平衡对信号提取的高时效要求。事实上，由于各种机械、电气干扰的存在，实验中采集的原始振动信号往往噪声非常大。尤其当旋转机械不平衡质量很小时，质量不平衡引起的振动信号完全被噪声信号所掩盖。此外，不同工况下旋转机械转速是不同，不平衡信号的频率也是不同，消噪处理和信号提取方法必须具有根据转速调整参数的功能。在线动平衡对实时性要求高，所提出的信号提取法必须运算简单，耗时短。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种适用于在线动平衡的不平衡信号提取方法，以在旋转机械在线状态下从强噪声背景中快速准确地提取出微弱的不平衡信号，为在线动平衡的质量不平衡量的测量提供依据。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的一种适用于旋转机械在线动平衡的不平衡信号提取法，具体步骤如下(I)对振动传感器传来的振动信号调理、采样，通过键相传感器的键相脉冲设置振动信号和标准正弦信号的时间参考点，然后对振动信号进行两级FIR滤波实现信号降噪，对标准正弦信号进行完全相同的两级滤波产生与振动信号相同的相位滞后；(2)判断滤波后信号是否含有大幅值干扰信号，如有大幅值干扰信号，先对振动信号插值处理，然后采用互相关法获得大幅值干扰信号的近似幅值和相位，然后根据各大幅值干扰成分的频率、幅值和相位构造正弦信号，最后在滤波后信号中减去所述构造信号，如没有大幅值干扰，不做此步处理；(3)对滤波后标准正弦信号插值处理后与步骤(2)后的振动信号进行互相关运算，采用改进互相关提取法由互相关信号计算出不平衡信号，即不平衡质量引起的振动信号的幅值和相位。上述不平衡信号提取法中，所述在振动信号和标准正弦信号间设置时间参考点具体方法是，键相脉冲信号在采集命令作用下经触发器产生的触发信号在上升沿同时触发A/D转换器采样和数字信号发生器产生信号。上述不平衡信号提取法中，所述两级滤波由两级数字滤波器完成，第一级滤波器为单个数字低通FIR滤波器，第二级滤波器为单个数字带通滤波器，由控制器根据旋转机械转频从预置数字FIR滤波器组中选择，两级滤波器之间插入一个采样整数倍抽取过程。上述不平衡信号提取法中，所述预置数字FIR滤波器组包含多个带通FIR滤波器，在幅频图上，相邻滤波器的上、下限截止频率首尾相接，预置数字FIR滤波器组在信号处理前设计并预置到信号处理装置。上述不平衡信号提取法中，让标准正弦信号经过与振动信号完全相同的两级FIR滤波器处理，产生相同的相位滞后。上述不平衡信号提取法中，对滤波后信号FTT变换得到信号幅频图，在第二级滤波器通带内搜索有无幅值大于转频处信号幅值的80%的干扰信号确定有无大幅值干扰。上述不平衡信号提取法中，所述改进互相关提取法指滤波和去大幅值干扰后的振动信号与滤波后标准正弦信号互相关计算后得到互相关信号Rxy (r)，在振动延迟r取值[-fs Ji /ω ,仁31/(0)范围内搜索1^(1·)的最大值,得到互相关信号最大幅值A和延迟r的取值λ，数字信号发生器产生的标准正弦信号表达式为X=XciSin(GU)，则不平衡信号幅值为2Α/Χ(Ι，相位为ω ；λ，其中ω为角频率，与旋转机械旋转角频率相同，fs为采样频率。上述不平衡信号提取法中，所述振动传感器安装在旋转机械转子支撑件上获取振动信号，键相传感器固定在旋转机械转子支撑件上，键相传感器的标记固定在转子上，键相传感器在标记每次经过其时产生一个脉冲信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(I)本专利技术采用两级FIR滤波器和去大幅值干扰减法运算对振动信号消噪在消除大量噪声的同时保证不平衡信号不受影响，有益于提高不平衡信号的提取精度。(2)本专利技术中第二级滤波器由微控制器从预置滤波器组选择，不但使提取方法对机械的转速没有特殊要求，通用性强，还减少了设计滤波器的时间，有利于节省信号提取时间更好地满足在线装置的时效性。(3)本专利技术通过使标准振动信号经过和原始振动信号相同的滤波过程保证了标准正弦信号和不平衡信号滤波后的相位移动相同，消除了滤波相位滞后对不平衡信号相位提取的不利影响，省去了滤波器设计中保证无相位移动的繁琐工作。(4)本专利技术采用的改进互相关提取法，只需一次互相关运算后寻找最值，与传统互相关法的两次互相关运算相比，减少了运算时间。附图说明图1为本专利技术的信号处理系统组成示意图。图2为本专利技术的微控制器中的数字信号处理流程图。图3为本专利技术的第二级滤波器所需的预置滤波器组各滤波器通带分布图。图4为本专利技术中两级滤波和去大幅值干扰处理过程中振动信号的幅频图，其中子图a)为原始振动信号幅频图，子图b)为a)的局部放大图，子图c)为两级滤波后振动信号的幅频图，子图d)为去大幅值干扰后振动信号的幅频图。具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述如图1所示为本专利技术的信号处理系统组成示意图。本专利技术所述适用于旋转机械在线动平衡的不平衡信号提取法包括传感器模块、数字正弦信号模块、数字信号处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于旋转机械在线动平衡的不平衡信号提取法，其特征在于包括以下步骤：(1)对振动传感器传来的振动信号调理、采样，通过键相传感器的键相脉冲在振动信号和标准正弦信号间设置时间参考点以在时间上关联两信号，然后对振动信号进行两级FIR滤波实现信号降噪，对标准正弦信号进行完全相同的两级滤波产生与振动信号相同的相位滞后；?(2)判断滤波后信号是否含有大幅值干扰信号，如有大幅值干扰信号，先对振动信号插值处理，然后采用互相关法获得大幅值干扰信号的近似幅值和相位，然后根据各大幅值干扰成分的频率、幅值和相位构造正弦信号，最后在滤波后信号中减去所述构造信号，如没有大幅值干扰，不做此步处理；(3)对滤波后标准正弦信号插值处理后与步骤(2)后的振动信号进行互相关运算得到互相关信号，采用改进互相关提取法由互相关信号计算出不平衡信号，即不平衡质量引起的振动信号的幅值和相位。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩江洪，徐娟，张建军，张利，罗轶超，魏振春，王跃飞，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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