[发明专利]一种新的瞬态振动信号角域阶比跟踪采样和分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的瞬态振动信号角域阶比跟踪采样和分析方法。

背景技术

离散傅里叶变换（DFT）和它的快速算法FFT是一种有效的稳态振动信号处理分析方法，但是对于非平稳的瞬态振动信号，比如旋转机械的升降速阶段振动信号，直接采用FFT会导致频率模糊，无法得到准确的频谱信息。

阶比跟踪是解决非稳态振动信号的一种有效的方法，其关键在于如何准确实现振动信号的等角度采样。传统的阶比跟踪方法是基于硬件方式实现的，需要有锁相环、倍频电路以及截止频率实时可调的抗混叠滤波器等，电路设计复杂，制造成本高，并且在升、降速速率较高时，阶比跟踪会出现大的误差，导致分析结果错误。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种新的瞬态振动信号角域阶比跟踪采样和分析方法，以获得准确的频谱信息、实现高精度地转速振动信号阶比跟踪采集和阶比分析。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

一种新的瞬态振动信号角域阶比跟踪采样和分析方法，其包括以下步骤：

步骤1：采用固定的采样频率，同时采集旋转机械振动信号和键相脉冲信号，模拟抗混叠滤波器截止频率设置为采样频率的1/2；

步骤2：识别转速键相脉冲，计算转子的瞬时转速和频率；

步骤3：计算角域采样样本时间序列；根据振动信号的特征，采用级联积分梳状插值滤波器，对步骤2得到的键相脉冲进行I倍插值，得到角域信号每一样本对应的时间序列；

步骤4：对采集的原始振动信号进行L倍过采样插值，并对过采样信号进行低通滤波；

步骤5：对步骤4中的过采样振动信号进行数字抗混叠滤波和重采样，得到角域的等角度采样信号；

步骤6：对步骤4中得到的角域均角振动信号进行快速傅里叶变换，得到旋转机械振动阶比谱；采用弗德卡曼（Vold-Kalman）滤波器方法，提取各个谐波分量。

本发明的一种新的瞬态振动信号角域阶比跟踪采样和分析方法的特点也在于：

所述步骤2中，首先对键相脉冲信号进行阈值检波，由设定的键相脉冲阈值，准确识别和记录键相脉冲信号上升沿（或下降沿）的到达时刻t₀、t₁、t₂…t_N；然后计算两个脉冲间的时间差，dt₀=t₁-t₀，dt₁=t₂-t₁，…，dt_N-1=t_N-t_N-1，由数字微分方法计算得到转速rpm和瞬时转动频率f。

步骤3中的级联积分梳状插值滤波器包括梳状器、I倍插值器和积分器；

所述梳状器是对称的FIR滤波器，其状态方程表示为：y[n]=x[n]-x[n-M]；其中：y[n]是当前状态的输出，x[n]是当前状态的输入，x[n-M]是[n-M]时刻时的输入；M是延时因子；梳状器传输函数为：H_C=1-z^-M；

所述积分器都是单极点的IIR滤波器，反馈系数是1，状态方程为：y[n]=y[n-1]+x[n]；y[n]表示当前状态的输出，y[n-1]表示上一次的输出，x[n]表示当前状态的输入；积分器的传输函数为：HI=11-z-1.]]>

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的一种新的瞬态振动信号角域阶比跟踪采样和分析方法，具有以下4个优点。

1）由于采用的是数字信号处理技术，省去了传统的硬件阶比跟踪方式必需的锁相环、频率可变的抗混叠滤波器等复杂的硬件电路，成本更低，结构更加简单。

2）由于瞬时频率的估计是在获取原始采样数据的基础上进行，因此具有比硬件阶比跟踪更高的精度。传统的硬件阶比跟踪需要以上一次的瞬时频率作为参考，对下一个瞬时频率做出估计，并以此调整采样频率和抗混叠滤波频率。