專利名稱：葉輪葉片測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械固有頻率測量領域，尤其涉及一種葉輪葉片測量裝置。
技術背景葉輪葉片是葉輪機械最為關鍵的部件之一，振動破壞是造成葉輪葉片失 效的重要原因，因此葉輪葉片固有頻率及其振型的測量是葉輪葉片制造、檢 修過程中必須進行的重要工作。葉片(即葉輪葉片)固有頻率與激振力頻率 相同時就會發(fā)生共振，導致葉片事故。新機組葉輪葉片安裝前必須進行頻率 測量和調頻，舊機組大修時必須進行頻率測量，以判斷葉根是否松動，是否 存在裂紋。因此葉片固有頻率的測量對于保證機組的安全具有重要的影響。 傳統(tǒng)的葉輪葉片固有頻率的測量一般是使用頻率發(fā)生器和示波器，人為調整 頻率發(fā)生器的激勵頻率，在示波器上觀察到李薩茹波形，則認為該激振頻率 為被測零件的固有頻率。這種測量方法非常煩瑣費時，且無法獲得振型，人 為因素對測量結果的影響較大。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種葉輪葉片測量裝置，用于測量葉輪葉片的固 有頻率，它能夠提高葉輪葉片固有頻率的測量效率和精度，并且該裝置體積 小，攜帶方便，操作流程簡單。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種葉輪葉片測量裝置，用于測量葉輪葉 片的振型，并且該裝置體積小，攜帶方便，操作流程簡單。本發(fā)明的原理基于數(shù)字信號處理中的頻譜分析和頻譜細化技術。根據振動原理，葉輪葉片在外部周期性激振力作用會進行受迫振動，當外部激振力 消失后，變?yōu)樗p的自由振動，其自由振動頻率為葉輪葉片的各階固有頻率。 葉輪葉片振動，通過測量振動的位移(使用電渦流傳感器)或者振動加速度 (使用振動加速度傳感器)，得到其時域信號，將該時域信號轉換到頻域進行 頻譜分析，就可以分析得到葉輪葉片的若干階固有頻率。葉片固有頻率的測量精度取決于采樣頻率和A/D變換精度，然而受到硬件 成本和制造工藝的制約，西此本發(fā)明引入了頻譜細化技術。頻譜細化主要基 于數(shù)字信號處理中的線性調頻z變換(CZT)算法。該算法是比較經典的離散 信號變換方法，這種變換原理可以理解為采用給定的路徑對原有離散信號進 行坐標變換，該變換不要求新的路徑上的分點數(shù)等于原有數(shù)據點數(shù)，因此增 加新的分點數(shù)，相當于提高了采樣頻率。基于這樣的原理，在頻譜信號能量 極高的頻率分量附近進行頻譜細化，可將固有頻率的分辨率提高到0. 1Hz以 上。當葉輪葉片在某階固有處振動時，葉片各個質點都做頻率相同的簡諧振 動，只要測量得到葉片高度方向(即縱向)上各點的振動幅值和相位，即可 確定該葉片的振型。振幅的測量是容易的，但相位的測量是十分困難的，且 使用常規(guī)的方法測量得到的相位值精度太低，不能滿足工程測量的需要。本 發(fā)明通過多個振動傳感器采集的振動信號，基本可以準確獲得各傳感器信號 的相位差。這樣，將葉片根部的傳感器指定為基準傳感器，通過其他傳感器 處與該基準傳感器處相位相比，相位差小于180度時，振動方向相同，大于 180度小于360度時振動方向相反，最終便可通過各點的振幅和振動方向描繪 出振型曲線，再與標準振型曲線相比照，便可以確定葉輪葉片在該階固有頻 率的振型。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的 技術方案l: 一種葉輪葉片測量裝置，包括振動傳感器，固定于待測葉輪葉片上，用于將葉輪葉片的振動幅度轉化 為模擬電壓信號；數(shù)據采集器，用于采集所述振動傳感器的模擬電壓信號，并對所述電壓 信號進行濾波、模數(shù)轉化，得到數(shù)字電壓信號；微型計算機，接收所述數(shù)據采集器的數(shù)字電壓信號，然后進行頻譜分析 和頻譜細化，輸出待測葉輪葉片的固有頻率；所述測量裝置用于測量葉輪葉片的固有頻率。技術方案2: —種葉輪葉片測量裝置，包括激振器，用于激振待測葉輪葉片產生振動；多個振動傳感器，縱向固定于待測葉輪葉片上，用于將葉輪葉片不同位 置的振動信號轉化為模擬電壓信號；數(shù)據采集器，用于采集所述多個振動傳感器的模擬電壓信號，并對所述 電壓信號進行濾波、模數(shù)轉化，得到數(shù)字電壓信號；微型計算機，接收所述數(shù)據采集器的數(shù)字電壓信號，然后進行振型分析，輸出待測葉輪葉片的振型；所述測量裝置用于測量葉輪葉片的振型。 上述兩個技術方案的還具有如下特點所述待測葉輪葉片采用金屬材料，振動傳感器選用電渦流傳感器。 所述待測葉輪葉片采用鐵基材料，振動傳感器選用壓電加速度傳感器。 技術方案2還具有以下特點 所述振動傳感器為5-8個。所述數(shù)據采集器具有8個通道，能夠處理8路模擬電壓信號。由于本發(fā)明引入微型計算機進行頻譜分析、頻譜細化、振型分析，可實 現(xiàn)對葉輪葉片固有頻率和振型的測量，其中頻譜細化技術可大幅提高固有頻 率測量的精度，并可以從頻譜中獲得其它同類設備無法測量的更高階次的固 有頻率，振型測量中可以在測量固有頻率的同時，獲得該頻率下的振型，為 工程上的應用和分析提供強有力的依據。本發(fā)明實現(xiàn)了葉輪葉片固有頻率的高效、方便測量，滿足了工程上更高 的測量精度和階數(shù)的要求，還可以獲得振型數(shù)據。本發(fā)明可以廣泛應用于葉 輪機械生產制造和相關科學研究以及教學領域。


圖1為葉輪葉片測量裝置示意圖；圖2為葉輪葉片固有頻率測量示意圖；圖3為葉輪葉片振型測量示意圖；圖4為防靜電磁座和壓電速度傳感器安裝圖；圖5葉輪葉片固有頻率測量流程圖；圖6葉輪葉片振型測量流程圖。
具體實施方式
參照圖l ，葉輪機^^的葉輪葉片固有頻率測量裝置，包括振動傳感器l、數(shù)據采集器2、微型計算機3。振動傳感器1固定于待測葉輪葉片5上，用于將葉輪葉片5的振動幅度 轉化為模擬電壓信號。如果待測葉輪葉片5采用金屬材料，振動傳感器1可 以選用電渦流傳感器，直接輸出模擬電壓信號。如果待測葉輪葉片5采用鐵 基材料，振動傳感器可以選用壓電加速度傳感器，壓電加速度傳感器的輸出信號為電荷信號，利用通用電荷放大電路轉化為模擬電壓信號。數(shù)據采集器2，用于采集所述振動傳感器l的模擬電壓信號，并對所述模 擬電壓信號進行濾波、模數(shù)轉化，得到數(shù)字電壓信號。數(shù)據采集器2接收振 動傳感器1的模擬電壓信號，經通用濾波電路、PCM-300A/D卡后，得到數(shù)字 電壓信號。微型計算機3，接收所述數(shù)據采集器2的數(shù)字電壓信號，然后進行頻譜分 析和頻譜細化，輸出待測葉輪葉片5的固有頻率。參照圖2，測量葉輪葉片固有頻率時，將待測葉輪葉片5的根部固定在夾 具6上，振動傳感器l固定于葉輪葉片5上，用橡膠錘敲擊一下葉輪葉片5， 然后經過幾秒后，微型計算機3計算機輸出待測葉輪葉片5的各階固有頻率。參照圖1，葉輪機械的葉輪葉片振型測量裝置，除了包括葉輪機械的葉輪 葉片固有頻率測量裝置的所有部件，其特點還在于，包括激振器4，用于激振 待測葉輪葉片產生振動；振動傳感器1為5 — 10個，縱向固定于待測葉輪葉 片上；相對應的數(shù)據采集器2也有5 — 10路處理通道；微型計算機3，接收處 理數(shù)據采集器2的各路數(shù)字電壓信號，然后進行振型分析，輸出待測葉輪葉 片的振型。所述激振器4包括信號發(fā)生器、功率放大器、電磁激振頭。信號 發(fā)生器產生與葉輪葉片某階固有頻率相同的脈沖信號，該脈沖信號經過功率 放大器后，產生脈沖電壓信號驅動電磁激振頭，電磁激振頭對葉輪葉片5產 生非接觸激振力。參照圖3，測量葉輪葉片振型時，將待測葉輪葉片5的根部固定在夾具6 上，6個頻率測量傳感器1縱向均勻分布固定于葉輪葉片5上，葉輪葉片5的 另一端下方設置有電磁激振頭8，該電磁激振頭8可以對葉輪葉片5施加給定 頻率的非接觸激振力。參照圖4，防靜電磁座包括基座10、磁鐵9，絕緣填料11將基座10與磁 鐵9膠合固定在一起。當待測葉輪葉片采用鐵基材料時，振動傳感器l選用 壓電加速度傳感器，壓電加速度傳感器與防靜電磁座的基座IO通過標準螺紋 配合進行連接，磁鐵9緊密吸附于鐵基金屬葉片的表面，從而實現(xiàn)傳感器的 方便安裝和固定。參照圖5，葉輪葉片的固有頻率測量，用橡膠錘敲擊一下葉片，葉片振動， 振動傳感器輸出振動信號，經過數(shù)據采集器濾波、放大、A/D變換，得到數(shù)字 電壓信號，數(shù)字電壓信號存入微型計算機的內存緩沖區(qū)，接著進行快速傅里 葉變換(FFT)，將時域信號變換為頻域信號，搜索葉片固有頻率的估計值， 然后在固有頻率估計值的附近進行頻率細化，選擇能量最高的5個固有頻率， 最后，將上述5個固有頻率作為葉片的l-5階固有頻率輸出。同時，在測試 過程中，微型計算機還可以顯示時域振動波形、頻域振動波形以及頻域細化 波形。參照圖6，葉輪葉片的固有頻率測量，激振器以固有頻率進行激振，葉片 振動，沿葉片高度方向(即縱向)布置的多個振動測量傳感器采集振動信號， 分別經過數(shù)據采集器濾波、放大、A/D變換后，得到數(shù)字電壓信號，利用數(shù)字 電壓信號的峰峰值求取各個傳感器處的振幅，計算各傳感器處的振動相位， 然后求取其他傳感器處與基準傳感器處的振動相位差，根據相位差確定振幅 的相對符號(正/負)，最后，根據振幅及其符號繪制振型曲線，與標準振型 曲線比較得到該葉片的振型。
權利要求
1、一種葉輪葉片測量裝置，其特征在于，包括振動傳感器，固定于待測葉輪葉片上，用于將葉輪葉片的振動幅度轉化為模擬電壓信號；數(shù)據采集器，用于采集所述振動傳感器的模擬電壓信號，并對所述電壓信號進行濾波、模數(shù)轉化，得到數(shù)字電壓信號；微型計算機，接收所述數(shù)據采集器的數(shù)字電壓信號，然后進行頻譜分析和頻譜細化，輸出待測葉輪葉片的固有頻率；所述測量裝置用于測量葉輪葉片的固有頻率。
2、 一種葉輪葉片測量裝置，其特征在于，包括 激振器，用于激振待測葉輪葉片產生振動；多個振動傳感器，縱向固定于待測葉輪葉片上，用于將葉輪葉片不同位 置的振動幅度轉化為模擬電壓信號；數(shù)據采集器，用于采集所述多個振動傳感器的模擬電壓信號，并對所述 電壓信號進行濾波、模數(shù)轉化，得到數(shù)字電壓信號；微型計算機，接收所述數(shù)據采集器的數(shù)字電壓信號，然后進行振型分析， 輸出待測葉輪葉片的振型；所述測量裝置用于測量葉輪葉片的振型。
3、 根據權利要求1或2所述的一種葉輪葉片測量裝置，其特征在于，所 述待測葉輪葉片采用金屬材料，振動傳感器選用電渦流傳感器。
4、 根據權利要求1或2所述的一種葉輪葉片測量裝置，其特征在于，所 述待測葉輪葉片采用鐵基材料，振動傳感器選用壓電加速度傳感器。
5、 根據權利要求2所述的一種葉輪葉片測量裝置，其特征在于，所述振 動傳感器為5-8個。
6、 根據權利要求2所述的一種葉輪葉片測量裝置，其特征在于，所述數(shù) 據采集器具有8個通道，能夠處理8路模擬電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械固有頻率測量領域，公開了一種葉輪葉片測量裝置。該測量裝置，包括激振器，用于激振待測葉輪葉片產生振動；振動傳感器，固定于待測葉輪葉片上，用于將葉輪葉片的振動幅度轉化為模擬電壓信號；數(shù)據采集器，用于采集所述振動傳感器的模擬電壓信號，并對所述電壓信號進行濾波、模數(shù)轉化，得到數(shù)字電壓信號；微型計算機，接收所述數(shù)據采集器的數(shù)字電壓信號，然后進行頻譜分析和頻譜細化，輸出待測葉輪葉片的固有頻率和振型。本發(fā)明可廣泛應用于葉輪機械生產制造和相關科學研究以及教學領域。
文檔編號G01H11/06GK101251411SQ20081001771
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權日2008年3月14日
發(fā)明者戴義平, 王江峰, 林 高 申請人:西安交通大學