[发明专利]航空发动机转子转速自适应跟踪振动基频信号调理电路

说明书

本发明的目的在于克服上述发动机振动信号中发动机转子基频频率幅值测量方法的不足，提出了一种航空发动机转子转速自适应跟踪振动基频信号调理电路，旨在解决现有通过软件方式获取振动信号转子基频处的振动幅值精度低，算法复杂的技术问题。本发明通过硬件电路实现航空发动机转子振动信号基于转子基频的跟踪自适应调理，且截止频率可连续自适应，将振动信号中的高频分量、不相关振动信息及噪声等信号衰减至可接受范围，可以大幅减小FFT运算引入的频率混叠、频谱泄漏、栅栏效应所带来的采集误差。

技术领域

本发明属于航空发动机振动监测技术领域，具体涉及一种航空发动机转子转速自适应跟踪振动基频信号调理电路。

背景技术

在航空发动机振动监测领域，振动信号是诊断航空发动机故障的一个重要信号。由于航空发动机机械结构和工作状态的复杂性，导致原始振动信号是一种包含不同部件振动源和噪声的混合信号，因此需要对发动机振动信号进行复杂的处理分析，提取和识别出发动机的各种状态信息，从而对发动机可能出现的故障情况进行检测诊断与处理。

在发动机振动信号中，发动机转子基频处振动幅值的大小是实现发动机振动告警功能的一个重要指标，但是由于在发动机运行过程中，转速频率实时变化，因此获取振动信号转子基频处的振动幅值时，需对转速变化进行跟踪。在实现中，通常是使用FPGA或CPU同时采集转速信号和振动信号，采用FFT运算将振动信号转换到频域，然后根据采集到的转速信号，通过特定算法(参考论文：任赛璞，吴定祥，唐立军《动平衡测试系统中不平衡量的测试方法研究》；赵建平《航空发动机振动信号整周期等相位重采样技术研究》等)，求取振动信号基频幅值，其中架构如图1所示。这些算法不同程度的存在以下缺点：

1.由于转速信号存在波动，且转速计算会滞后于振动采集使用的转速频率，很难真正实现等相位采样，影响后续分析精度。

2.由于FFT运算引入的频率混叠、频谱泄漏、栅栏效应等原因，影响振动分析精度。

3.振动基频信号特征的获取通过软件实现，算法复杂，计算量较大，对如何在资源有限的机载嵌入式计算机应用中实现算法也提出了相当的挑战(参考论文：殷彬彬,张星星《航空发动机控制系统振动信号处理方法研究》等)。

发明内容

本发明的目的在于克服上述发动机振动信号中发动机转子基频频率幅值测量方法的不足，提出了一种航空发动机转子转速自适应跟踪振动基频信号调理电路。

本发明的技术解决方案是：

航空发动机转子转速自适应跟踪振动基频信号调理电路，包括电荷放大器、转子转速信号调理电路和高通滤波器；电荷放大器用于将航空发动机转子振动传感器的电荷信号调理为电压信号；转子转速信号调理电路用于调理转子转速信号，获取包含振动信号基频频率信息的信号；高通滤波器用于滤除航空发动机转子振动信号中的直流分量；

其特殊之处在于：

还包括截止频率可配置的低通滤波器和抗混叠滤波器；

截止频率可配置的低通滤波器用于对航空发动机振动信号进行转速跟踪自适应低通滤波，其截至频率基于转子转速信号调理电路获取的包含振动信号基频频率信息的信号进行配置；

抗混叠滤波器用于对调理后振动信号中的噪声、高频混叠信号进行衰减。

进一步地，截止频率可配置的低通滤波器为开关电容低通滤波器。

进一步地，开关电容低通滤波器的截止频率f_LP采用下述方法配置：