本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)，具體來說，是一種運(yùn)行中風(fēng)機(jī)葉片裂紋的激光檢測方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在野外比較惡劣的環(huán)境，經(jīng)常處于無人值守的狀態(tài)，對其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測尤為重要。葉片是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的重要部分，葉片裂紋故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障，一旦出現(xiàn)，若不及時(shí)處理，最終引起葉片的斷裂，會對整個機(jī)組的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的威脅，甚至導(dǎo)致重大的事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。及時(shí)準(zhǔn)確地判斷出風(fēng)機(jī)葉片的裂紋故障，是保障風(fēng)機(jī)機(jī)組健康服役的關(guān)鍵。

目前，風(fēng)機(jī)葉片裂紋的故障診斷大多以振動信號的測試與分析為基礎(chǔ)，但獲取振動信號必須將傳感器貼附在測試部件表面，在風(fēng)機(jī)葉片的工作環(huán)境中傳感器并不易安裝。另外，當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片出現(xiàn)裂紋時(shí)振動特征并不明顯，受噪聲影響較大，故障信號的信噪比較差，使得基于振動信號的風(fēng)機(jī)葉片故障診斷技術(shù)的應(yīng)用受到了限制。因此，本發(fā)明提出了基于非接觸式測量的風(fēng)機(jī)葉片裂紋激光檢測方法。激光檢測具有測量儀器簡單、非接觸式測量，不影響設(shè)備正常工作等優(yōu)點(diǎn)，是一種簡易快捷的裂紋故障診斷方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于以上原因，提出了一種改變傳統(tǒng)粘附式的運(yùn)行中風(fēng)機(jī)葉片裂紋的激光檢測方法。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種運(yùn)行中風(fēng)機(jī)葉片裂紋的激光檢測方法，包括以下步驟，

s1，采集距離信號，在風(fēng)機(jī)上安裝一個位移傳感器采集葉片的距離信號；

s2，基線校正，對采集到的距離信號進(jìn)行基線校正；

s3，濾波處理，對基線校正后的信號進(jìn)行濾波處理；

s4，提取振型幅值及頻率，獨(dú)立提取每一個葉片的振型幅值及頻率；

s5，數(shù)據(jù)比對，對每一個葉片的振型及幅值與該葉片的歷史數(shù)據(jù)以及其他葉片的當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)生裂紋的葉片。

進(jìn)一步限定，s1中，所述位移傳感器采用激光傳感器。

進(jìn)一步限定，s3中，所述濾波處理通過小波包分解進(jìn)行濾波處理以提取葉片裂紋的故障特征，從而達(dá)到對風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障準(zhǔn)確的檢測識別。

進(jìn)一步限定，s3中，所述小波包分解包括以下步驟，

y1，計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片的固有頻率fn；

y2，利用小波包進(jìn)行分解，對所有的小波包，設(shè)置一個帶通頻率為1/3fn～3fn的帶通濾波器對原始信號進(jìn)行去噪。

進(jìn)一步限定，s5中，將s4中所得提取振型幅值及頻率，進(jìn)行振型及幅值比較，判斷產(chǎn)生裂紋的葉片；其中數(shù)據(jù)比對，包括以下2個方面，其一，在采樣時(shí)間內(nèi)對風(fēng)機(jī)各葉片的幅值和頻率進(jìn)行相互比較，其二，在采樣時(shí)間內(nèi)對風(fēng)機(jī)單獨(dú)葉片進(jìn)行幅值和頻率進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)比較。

進(jìn)一步限定，在采樣時(shí)間內(nèi)對風(fēng)機(jī)單獨(dú)葉片進(jìn)行幅值和頻率進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)比較的時(shí)候，首先，選擇三個葉片某一長時(shí)間段內(nèi)的幅值或頻率隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，然后，設(shè)置信號采集的公差為ε，以3ε為閾值，當(dāng)某一段數(shù)據(jù)的幅值或頻率大于3ε時(shí)，則說明該葉片出現(xiàn)裂紋故障。

進(jìn)一步限定，s3中，所述濾波處理采用限幅濾波法，根據(jù)該葉片的歷史數(shù)據(jù)，確定兩次采樣允許的最大偏差值a，每次檢測到新值時(shí)判斷：如果本次值與上次值之差≤a，則本次值有效，如果本次值與上次值之差>a，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。

優(yōu)選的，s3中，所述濾波處理采用中位值濾波法；

d1，連續(xù)采樣n次，n取奇數(shù)；

d2，把n次采樣值按大小排列；

d3，取中間值為本次有效值。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了基于非接觸式測量的風(fēng)機(jī)葉片裂紋激光檢測方法。第一，激光檢測具有測量儀器簡單、非接觸式測量，不影響設(shè)備正常工作等優(yōu)點(diǎn)，是一種簡易快捷的裂紋故障診斷方法；第二，本發(fā)明對采集的距離信號進(jìn)行小波分解進(jìn)行濾波處理，小波分解能根據(jù)信號特性和分析要求自適應(yīng)地選擇相應(yīng)頻帶與信號頻譜相匹配，使信號在低頻部分的時(shí)間分辨率和高頻部分的頻率分辨率同時(shí)提高，是一種分解更為精細(xì)的濾波方法；第三，便于早起發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患，避免引起重大的事故；第四，便于掌握設(shè)備的總體運(yùn)行情況，提高維修效率，節(jié)省工時(shí)。

附圖說明

本發(fā)明可以通過附圖給出的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說明；

圖1為本發(fā)明工作流程圖；

圖2為采集到三個葉片距離信號示意圖；

圖3為某一葉片基線校正后原始信號圖；

圖4為某一葉片進(jìn)行小波包分解濾波后信號圖；

圖5為出現(xiàn)裂紋故障時(shí)風(fēng)機(jī)三葉片進(jìn)行幅值對比圖；

圖6為出現(xiàn)裂紋故障時(shí)風(fēng)機(jī)某一葉片的頻率隨時(shí)間變化圖；

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種運(yùn)行中風(fēng)機(jī)葉片裂紋的激光檢測方法，包括以下步驟，

s1，采集距離信號，在風(fēng)機(jī)上安裝一個位移傳感器采集葉片的距離信號；

s2，基線校正，對采集到的距離信號進(jìn)行基線校正；

s3，濾波處理，對基線校正后的信號進(jìn)行濾波處理；

s4，提取振型幅值及頻率，獨(dú)立提取每一個葉片的振型幅值及頻率；

s5，數(shù)據(jù)比對，對每一個葉片的振型及幅值與該葉片的歷史數(shù)據(jù)以及其他葉片的當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)生裂紋的葉片。

需要說明的是，s1中，在風(fēng)機(jī)上安裝一個激光位移傳感器采集葉片的距離信號。將激光位移傳感器安裝在風(fēng)機(jī)的塔架上部靠近葉片的位置，并斜射運(yùn)行的風(fēng)機(jī)葉片，在風(fēng)力穩(wěn)定時(shí)獲取各葉片的距離信息，具體的獲取的各葉片的距離信息詳見圖2；需要說明的是本發(fā)明可以安裝多個傳感器進(jìn)行監(jiān)測，另外，本發(fā)明畫圖示意時(shí)，用三葉片風(fēng)進(jìn)行示意，但不代表本發(fā)明只適用于三葉片，三葉片以上的風(fēng)機(jī)本發(fā)明亦可適用；另外，s2，基線校正中，為了方便處理，將采集到原始距離信號的基線定義到一條水平線上，具體效果詳見圖3；

采集到的葉片距離信號中夾雜外界環(huán)境因素的影響，不能較好的反映風(fēng)機(jī)葉片故障特征。s3中，所述濾波處理通過小波包分解進(jìn)行濾波處理以提取葉片裂紋的故障特征，從而達(dá)到對風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障準(zhǔn)確的檢測識別。進(jìn)行小波包分解，對分解的信號設(shè)置一個帶通濾波器，將與反映風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)行狀態(tài)的距離不相關(guān)的干擾信號消除，并最大程度保留狀態(tài)信號。

小波包分解具體包括以下步驟，

y1，計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片的固有頻率fn；

y2，利用小波包進(jìn)行分解，對所有的小波包，設(shè)置一個帶通頻率為1/3fn～3fn的帶通濾波器對原始信號進(jìn)行去噪。

s5中，將s4中所得提取振型幅值及頻率，進(jìn)行振型及幅值比較，判斷產(chǎn)生裂紋的葉片；其中數(shù)據(jù)比對，包括以下2個方面，其一，在采樣時(shí)間內(nèi)對風(fēng)機(jī)各葉片的幅值和頻率進(jìn)行相互比較，其二，在采樣時(shí)間內(nèi)對風(fēng)機(jī)單獨(dú)葉片進(jìn)行幅值和頻率進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)比較。

在采樣時(shí)間內(nèi)對風(fēng)機(jī)單獨(dú)葉片進(jìn)行幅值和頻率進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)比較的時(shí)候，首先，選擇三個葉片某一長時(shí)間段內(nèi)的幅值或頻率隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，然后，設(shè)置信號采集的公差為ε，以3ε為閾值，當(dāng)某一段數(shù)據(jù)的幅值或頻率大于3ε時(shí)，則說明該葉片出現(xiàn)裂紋故障。具體效果詳見圖4，圖5，圖6；

作為本技術(shù)方案的第一種實(shí)施例，s3中，所述濾波處理采用限幅濾波法，根據(jù)該葉片的歷史數(shù)據(jù)，確定兩次采樣允許的最大偏差值a，每次檢測到新值時(shí)判斷：如果本次值與上次值之差≤a，則本次值有效，如果本次值與上次值之差>a，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。

作為本技術(shù)方案的第二種實(shí)施例，s3中，所述濾波處理采用中位值濾波法；

d1，連續(xù)采樣n次，n取奇數(shù)；

d2，把n次采樣值按大小排列；

d3，取中間值為本次有效值。

需要說明的是，本技術(shù)方案中，s2，基線校正，s3，濾波處理，都是采用現(xiàn)有的、比較成熟的預(yù)處理方法，故在文中沒有詳細(xì)闡述，其中，s5，數(shù)據(jù)比對，需要從顯示屏上讀取差距，例如圖5，葉片1，葉片2的幅值2m/s2，而葉片3的幅值大于2m/s2，明顯出現(xiàn)裂紋故障。本發(fā)明的技術(shù)核心總結(jié)如下，其一，采用位移傳感器采集葉片的距離信號，獲取振動信號不再需要將傳感器貼附在測試部件表面，當(dāng)然，為了更好的獲取距離，位移傳感器采用斜射，其二，對采集的距離信號進(jìn)行小波分解進(jìn)行濾波處理，小波分解能根據(jù)信號特性和分析要求自適應(yīng)地選擇相應(yīng)頻帶與信號頻譜相匹配，使信號在低頻部分的時(shí)間分辨率和高頻部分的頻率分辨率同時(shí)提高6％。

以上對本發(fā)明提供的一種運(yùn)行中風(fēng)機(jī)葉片裂紋的激光檢測方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。具體實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。