专利名称：一种提高轴系扭振信号时频转换精度的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种轴系扭振信号的检测方法。具体地说是一种提高轴系扭振信号时频转换精度的方法。
背景技术：
在扭振仪采集到扭振信号后，进行数据处理分析时，都会对所得数据进行FFT处理，用来进行频域分析。但标准的FFT处理，数据都应该是等时间采样得到的，而传统的扭振测试设备，都是通过在轴系上安装齿轮盘，用磁电式传感器进行脉冲信号的采集，进而计算脉冲宽度和轴系转速，也就是信号的产生是通过等角度的轮齿的触发得到的，因此采集到的数据点是等角度的。由于轴系扭振的存在，轴系转速不均勻，因此这种等角度采样过程必定不是等时间的，不利于FFT处理。《航海技术》2003年第四期刊登的《扭振测试的影响因素及调整办法》，作者刘妍， 李玩幽，蔡振雄，陈历源。文章分析了目前船规中扭转振动的非接触测量仪器的原理及仪器结构特点，指出了影响测量精度的因素，最后给出了相应提高测量精度的方法，但此文提及的非接触测量仪器的采样方式是等角度的，这在数据频域分析中会带来误差。《内燃机工程》2005年10月第沈卷第5期刊登的《扭振测量误差分析及实用发动机高精度扭振测量仪的研制》，作者周迅，俞小莉，李松和。此文主要内容是从测量原理和误差分析的角度出发，提出了提高扭振测量精度的可行途径。在此基础上进行了实用扭振测量仪的研制和试验研究，但数据采样是等角度的，没有作等时间的处理。《机械测试与研究》2007年专刊刊登的《基于LabVIEW的扭振测试软件设计》，作者陈玉华，沈韶华，房瑞明。其主要内容为将目前国际上流行的虚拟仪器技术应用于扭振测试领域，开发出了一套基于虚拟仪器的转子扭振测试系统。扭振测试系统中的扭振测试仪采用塞于虚拟仪器的概念设计，数据采集硬件选用了高性能数据采集产品，扭振测试软件基于图形化编程语言LabVIEW开发，能够时扭振信号进行采集，并能快速高效的分析处理扭振数据，显示扭振时域与频域的波形曲线及添布图等功能。整个软件操作非常简单， 在不同面板中进行切换也很方便，同时软件的功能强大，操作友好，界面美观。此文虽然采用性能数据采集产品，但是采样方法依然是等角度的采样，后续数据处理也没有作等时间的转化。《振动、测试与诊断》2004年12月第M卷第4期刊登的《一种扭振测量新方法及其在故障诊断中的应用》，作者闫兵，董大伟，华春蓉，王金诺。其内容主要是提出了对A/ D采样信号进行拟合的扭转振动测量新方法，介绍了新方法的基本原理，开发了相应的虚拟仪器。此文中的采样依然是传统的采样方法，只是在传统采样方法的基础上采样新的方法达到工程所需的扭振测量精度，但依然不是等时间采样。《机械设计与研究》2007年10月第23卷第5期刊登的《基于虚拟仪器的转子扭振特性测试系统研究》，作者张晓玲，沈韶华，谷文港。其主要内容为基于虚拟仪器技术应用于扭振测试领域，开发出一套转子扭振测试系统。扭振试验合同时具备转动轴和摆动轴，可用于对这两种轴的扭振问题进行研究，并可实现多种方式对扭振信号进行测试。数据采集硬件选用了高性能数据采集产品，扭振测试软件基于图形化编程语言LabVIEW开发，能够对扭振信号进行采集，并能快速高效地分析处理扭振数据，显示扭振时域与频域的波形曲线等功能。此文也是才用了高性能数据采集产品，但采集方式还是传统的等角度采集方式， 数据处理时也并没有转化成等时间采样。《机床与液压》2003.No. 6刊登的《基于虚拟仪器的扭振测试仪设计》，作者胡海刚，冯志敏，蒲龙云。文中提到硬件由光电传感器、信号调理电路、数据采集卡和PC机构成， 软件采用VB和Matlab编写，很明显数据采集的方式也是等角度的。《车用发动机》2010年2月第1期刊登的《内燃机轴系扭振测试方法研究》，作者 李玉梅，华春蓉，闫兵。文中采用A/D采样拟合法，较详细地分析了基准电平的取值范围、循环内平均次数及采样频率等因素对角振动测量精度的影响，并提出了一组适合工程实际需要的参数作为采集及信号预处理参数。通过与A/D高频计数法的分析结果相对比，结果表明该组参数设定合理，既能降低测量仪器的硬件成本和测试数据的分析时间，又能满足工程应用所需的测量精度，便于现场的实际推广应用。但其在数据采集这里依旧是传统的采集方式，依然是等角度的。通过文献检索发现，文献中提及或研制的扭振测量仪都是采用齿盘(或者角标器)传感器输出脉冲信号来测量所需数据，进而计算扭角的，也就是都是等角度采样的，而后续的数据处理也是用这种方法采集到的数据进行频域分析的。这在大多数工程测量中虽然是可以满足精度要求的，但对于高精度故障诊断，特别是早期故障发现，这种等角度采样就不能满足精度要求，影响测试分析的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供能提高扭振信号时频转换的精度的提高轴系扭振信号时频转换精度的方法。本发明的目的是这样实现的轴系扭振通过齿盘式测量装置测量，信号采集装置对轴旋转一周的时间t。及总齿数为N的齿盘旋转过齿盘η个齿的时间tn进行采集，利用扭角公式计算出扭角值，得到扭角随齿数变化的数据，完成扭角信号的第一次采样；利用线性插值的方法，选定好插值时间间隔，在每相邻两个齿间的扭角值间进行插值，并且不丢失原始数据即每个齿处的扭角值，得到新的扭角数据即等时间采样的扭角数据，完成扭角信号的二次采样；选择矩形窗或三角窗或汉宁窗或海明窗或指数窗等窗函数，对二次采样的扭角数据进行加窗处理，再进行FFT处理。本发明还可以包括第一次采样的扭角计算公式为
权利要求
1.一种提高轴系扭振信号时频转换精度的方法，其特征是测量轴系扭振，信号采集装置对轴旋转一周的时间t。及总齿数为N的齿盘旋转过齿盘η个齿的时间tn进行采集，利用扭角公式计算出扭角值，得到扭角随齿数变化的数据，完成扭角信号的第一次采样；对扭角数据进行等时间线性插值，并且不丢失原始数据即每个齿处的扭角值，得到新的扭角数据即等时间采样的扭角数据，完成扭角信号的二次采样； 先对二次采样的扭角数据进行加窗处理，再进行FFT处理。
2.根据权利要求1所述的提高轴系扭振信号时频转换精度的方法，其特征是 第一次采样的扭角计算公式为 其中，θ为扭角值，ω为瞬时角速度，t。为最终输出信号的周期，吟=7为平均角速度，N为齿轮齿数，tn为输出η个方波信号的时间，η为方波个数，dt为时间微元。
3.根据权利要求1或2所述的提高轴系扭振信号时频转换精度的方法，其特征是所述的加窗处理是选择矩形窗或三角窗或汉宁窗或海明窗或指数窗。
全文摘要
本发明一种提高轴系扭振信号时频转换精度的方法。测量轴系扭振，信号采集装置对轴旋转一周的时间tc及旋转过齿盘n个齿的时间tn进行采集，利用扭角公式计算出扭角值，得到扭角随齿数变化的数据，完成扭角信号的第一次采样；对扭角数据进行等时间线性插值，得到新的扭角数据即等时间采样的扭角数据，完成扭角信号的二次采样；先对二次采样的扭角数据进行加窗处理，再进行FFT处理。本发明利用等时间线性插值的方法将第一次采样的等角度采样转换为等时间采样的二次采样，提高采样频率和采样点数，通过等时间采样的数据做加窗后的FFT处理，更加准确可靠，提高轴系扭振信号时频转换精度。
文档编号G01H1/10GK102183290SQ201110025449
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者吕秉琳, 周海军, 李玩幽, 蔡鹏飞, 郭宜斌 申请人:哈尔滨工程大学