專利名稱：高速旋轉(zhuǎn)葉片自動(dòng)同步定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及非接觸式大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械高速旋轉(zhuǎn)葉片參數(shù)測(cè)量技術(shù)及智能故障診斷系統(tǒng)領(lǐng)域，本發(fā)明是關(guān)于測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)葉片參數(shù)與具體葉片的對(duì)應(yīng)匹配方法。具體講是涉及高速旋轉(zhuǎn)葉片自動(dòng)同步定位方法及裝置。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、煙氣輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械是航空、艦船、 電力、石化、冶金等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。葉片作為大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的核心部件，其自身振動(dòng)及隨轉(zhuǎn)子振動(dòng)引起的各種運(yùn)行參數(shù)(如葉尖間隙)變化影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作效率。實(shí)時(shí)測(cè)量、獲取葉片參數(shù)的變化規(guī)律為判斷轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷提供了直觀依據(jù)， 是設(shè)備安全運(yùn)行及提高效率的重要保障。非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)基本原理是將傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)匣上，測(cè)量葉片到來(lái)時(shí)的各種參數(shù)信息。該方法不破壞旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用一支或若干支傳感器即可實(shí)時(shí)檢測(cè)所有葉片振動(dòng)與間隙等參數(shù)[1-4]，具有巨大的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。通常，非接觸式旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉片參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)需要增加一支監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸的同步傳感器或在某一葉片上作同步標(biāo)記，使用該同步信號(hào)作為參考才能辨別測(cè)量信息與實(shí)際葉片的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則就減弱了測(cè)量系統(tǒng)所能發(fā)揮的作用，甚至使系統(tǒng)不能正常工作[5-9]。 另一方面，某些大型機(jī)械苛刻的工作條件不允許對(duì)轉(zhuǎn)軸或葉片進(jìn)行人工改造或增加附件， 在一定程度上限制了測(cè)量系統(tǒng)的廣泛使用。因此，高速旋轉(zhuǎn)葉片的自動(dòng)同步定位方法是決定測(cè)量系統(tǒng)發(fā)揮智能健康監(jiān)測(cè)和管理等功能的重要前提。引證文獻(xiàn)[1]Choon-Man JANG, Tohre GUKANO，Masato FURUKAWA. Effects of the tip clearance on vertical flow and its relation to noise in an axial flow fan[J]. JSME International Journal，2003(3)，Vol. 46 :356_365。[2]Michael Zielinski, Gerhard Ziller, Noncontact Blade Vibration Measurement System for Aero Engine Application, ISABE-2005-1220 :1_9。[3]Craig P. Lawson,Paul C. Ivey,Turbomachinery blade vibration amplitude measurement through tip timing with capacitance tip clearance probes, Sensors and Actuators, 2005, A118 :14_240[4]M. Zielinski, G. Ziller. Noncontact Vibration Measurements on Compressor Rotor Blades[J] · Meas. Sci. Technol，2000，11(7) :847_856。[5]張玉貴，段發(fā)階，方志強(qiáng)，歐陽(yáng)濤，葉聲華，基于葉尖定時(shí)的非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片異步振動(dòng)分析，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008,44 (7) 147-150。[6]段發(fā)階，張玉貴，歐陽(yáng)濤，葉聲華，航空發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究，光學(xué)與光電技術(shù)，2008，16(1) :48-51。[7]段發(fā)階，葉德超，龍成.基于PLL載頻跟蹤的電容式葉尖間隙測(cè)量技術(shù)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,44 (4)，283-286。[8]段發(fā)階，歐陽(yáng)濤，李孟麟等，變速下高速旋轉(zhuǎn)葉片同步振動(dòng)參數(shù)檢測(cè)方法，發(fā)明專利，ZL200910070000. 8，2010-12-01。[9]段發(fā)階，李孟麟，歐陽(yáng)濤等，恒速下高速旋轉(zhuǎn)葉片同步振動(dòng)參數(shù)檢測(cè)方法，發(fā)明專利，ZL200910070001. 2，2011-01-05。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在不增加任何同步傳感器或標(biāo)記的前提下，提供一種從原有非接觸傳感器輸出信號(hào)直接變換、匹配，實(shí)現(xiàn)葉片的高速自動(dòng)同步定位的方法，該方法適用于大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子葉片參數(shù)非接觸在線測(cè)量系統(tǒng)，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，高速旋轉(zhuǎn)葉片自動(dòng)同步定位方法，包括下列步驟設(shè)待測(cè)量轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為N，測(cè)量得到的轉(zhuǎn)子N個(gè)相鄰葉片夾角組成{ θ }序列，{ θ } =(θ0, θ17…，θ ρ .··，θ ,J，i為設(shè)定的葉片號(hào)，當(dāng)i大于等于1時(shí)，θ i為第i號(hào)葉片與第i-Ι號(hào)葉片之間夾角，θ ^為0號(hào)葉片與第N-I號(hào)葉片的夾角，將序列{Θ}作為匹配模板；設(shè)非接觸傳感器不斷輸出有效信號(hào)序列{V}，{V} = (V0, V1, -,Vk,…)，k為正整數(shù)。將IV}傳輸至高精度葉尖定時(shí)模塊，得到葉片到達(dá)時(shí)間序列{t}，{t} = (t0,ti;…， tk，…)；采用信號(hào)處理模塊將時(shí)間序列{t}轉(zhuǎn)化為當(dāng)前葉片與前一通過(guò)傳感器葉片的夾角序列一}，1^}=(卿，φι，···，怖，"OJlJ {V}與一}——對(duì)應(yīng)；將模板{ θ }在序列一}按照相關(guān)匹配算法計(jì)算相關(guān)系數(shù)，采用相關(guān)系數(shù)最大原則， 通過(guò)遍歷尋找最優(yōu)匹配點(diǎn)，若匹配后θ i對(duì)應(yīng)一}序列中的忤，則忤對(duì)應(yīng)第i號(hào)葉片，從而{V} 中的Vk信息就是屬于i號(hào)葉片，以此類推，Vk+1對(duì)應(yīng)第i+Ι號(hào)葉片，依次匹配完成所有測(cè)量信息的自動(dòng)葉片定位。信號(hào)處理模塊將時(shí)間序列{t}轉(zhuǎn)化為夾角序列一}的過(guò)程通過(guò)如下兩種方式實(shí)現(xiàn)(1)設(shè)葉片到達(dá)時(shí)間序列為{t}，且高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，相鄰周期內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期T基本不變，則取tk前一圈數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得T = tH-tk+,，因此 (Pk=(tk -tk-\)/ T= (tk —tk-x)/(tk-i- 或者(2)若取tk前η個(gè)周期數(shù)據(jù)計(jì)算得T = (VrtkL)/n，因此
(Pk=n(tk —tk-])/ (tk-l- tk-l-nN)"匹配模板{ θ }通過(guò)兩種方法獲取一是采用專用角度測(cè)量設(shè)備如角度測(cè)量?jī)x測(cè)量各個(gè)葉片間相互夾角按照葉片編號(hào)組成序列{ θ }；或者二是人工盤車，識(shí)別出葉片號(hào)與測(cè)量系統(tǒng)所用非接觸傳感器輸出信號(hào)的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過(guò)葉尖定時(shí)模塊與信號(hào)處理模塊獲得角度序列一’ }，取一’ }中某一周期或多個(gè)周期數(shù)據(jù)平均值按照葉片編號(hào)順序排列即組成序列{ θ }。尋找最優(yōu)匹配點(diǎn)時(shí)，在數(shù)據(jù)怖后依次取序列一}中連續(xù)M個(gè)數(shù)據(jù)組成子序列 = (pk+m,…,怖+ -》，其中111 = 0，1，2，."M-l，M彡N。取相關(guān)系數(shù)為目標(biāo)函
數(shù)，當(dāng)M彡2N時(shí)定義目標(biāo)函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種高速旋轉(zhuǎn)葉片自動(dòng)同步定位方法，其特征是，包括下列步驟設(shè)待測(cè)量轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為N，測(cè)量得到的轉(zhuǎn)子N個(gè)相鄰葉片夾角組成{ θ }序列，{ θ }= (Θ。，Θ17…，…，eN_i)，i為設(shè)定的葉片號(hào)，當(dāng)i大于等于1時(shí)，Gi為第i號(hào)葉片與第i-Ι號(hào)葉片之間夾角，Θ。為ο號(hào)葉片與第N-I號(hào)葉片的夾角，將序列{Θ}作為匹配模板；設(shè)非接觸傳感器不斷輸出有效信號(hào)序列IV}，{V} = (Vc^V1，…，Vk，"0，k為正整數(shù)，將 m傳輸至高精度葉尖定時(shí)模塊，得到葉片到達(dá)時(shí)間序列{t}，{ti = (t0,ti; ···，、，…)；采用信號(hào)處理模塊將時(shí)間序列{t}轉(zhuǎn)化為當(dāng)前葉片與前一通過(guò)傳感器葉片的夾角序列一}，{^}=(卿，φι，···，怖，…)，貝丨J {V}與一}--對(duì)應(yīng)；將模板{Θ}在序列一}按照相關(guān)匹配算法計(jì)算相關(guān)系數(shù)，采用相關(guān)系數(shù)最大原則，通過(guò)遍歷尋找最優(yōu)匹配點(diǎn)，若匹配后Qi對(duì)應(yīng)㈣序列中的怖，則怖對(duì)應(yīng)第i號(hào)葉片，從而m中的 Vk信息就是屬于i號(hào)葉片，以此類推，Vk+1對(duì)應(yīng)第i+Ι號(hào)葉片，依次匹配完成所有測(cè)量信息的自動(dòng)葉片定位。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，信號(hào)處理模塊將時(shí)間序列{t}轉(zhuǎn)化為夾角序列一}的過(guò)程通過(guò)如下兩種方式實(shí)現(xiàn)(1)設(shè)葉片到達(dá)時(shí)間序列為It}= (、，t1; ···，、，…)，且高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，相鄰周期內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期T基本不變，則取tk前一圈數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得T = tH-tk+,，因此 (pk=(tk -tk-i)/ T=(tk-tk-i)/(tk-i- &小W);或者(2)若取tk前η個(gè)周期數(shù)據(jù)計(jì)算得T= (V1-V1J /n,因此忤俗-U/4-7W °
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，匹配模板{θ }通過(guò)兩種方法獲取一是采用專用角度測(cè)量設(shè)備如角度測(cè)量?jī)x測(cè)量各個(gè)葉片間相互夾角按照葉片編號(hào)組成序列{ θ }；或者二是人工盤車，識(shí)別出葉片號(hào)與測(cè)量系統(tǒng)所用非接觸傳感器輸出信號(hào)的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過(guò)葉尖定時(shí)模塊與信號(hào)處理模塊獲得角度序列取{<}中某一周期或多個(gè)周期數(shù)據(jù)平均值按照葉片編號(hào)順序排列即組成序列{ θ }。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，尋找最優(yōu)匹配點(diǎn)時(shí)，在數(shù)據(jù)外后依次取序列一} 中連續(xù)M個(gè)數(shù)組成子序列{怖}=(怖，φ^ι, (pk+m,…’怖+ -7)，其中111 = 0，1，2，...]\1-1， M彡N，取相關(guān)系數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，當(dāng)M > 2N時(shí)，定義目標(biāo)函數(shù)J (m)
5.一種高速旋轉(zhuǎn)葉片自動(dòng)同步定位裝置，其特征是，包括非接觸傳感器，測(cè)得葉片到達(dá)信號(hào)；高精度葉尖定時(shí)模塊，接收非接觸傳感器輸出信號(hào)，得到葉片到達(dá)時(shí)間序列It}； 信號(hào)處理模塊，用于進(jìn)行算法轉(zhuǎn)換得到夾角序列一}; 匹配模塊，用于尋找最優(yōu)匹配點(diǎn)實(shí)現(xiàn)葉片的同步定位。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及非接觸式大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械高速旋轉(zhuǎn)葉片參數(shù)測(cè)量技術(shù)及智能故障診斷系統(tǒng)領(lǐng)域。為提供一種提供一種從原有非接觸傳感器輸出信號(hào)直接變換、匹配，實(shí)現(xiàn)葉片的高速自動(dòng)同步定位的方法，該方法適用于大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子葉片參數(shù)非接觸在線測(cè)量系統(tǒng)，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，高速旋轉(zhuǎn)葉片自動(dòng)同步定位裝置，包括非接觸傳感器，測(cè)得葉片到達(dá)信號(hào)；高精度葉尖定時(shí)模塊，接收非接觸傳感器輸出信號(hào)，得到葉片到達(dá)時(shí)間序列{t}；信號(hào)處理模塊，用于進(jìn)行算法轉(zhuǎn)換得到夾角序列{φ}；本發(fā)明主要應(yīng)用于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械高速旋轉(zhuǎn)葉片參數(shù)測(cè)量場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102506942SQ20111037809
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者葉德超, 李揚(yáng)宗, 歐陽(yáng)濤, 段發(fā)階, 郭浩天 申請(qǐng)人:天津大學(xué)