用于模拟和恢复叶盘系统振动特性测量欠采样信号的装置的制作方法

本发明涉及监测信号处理技术领域，具体涉及一种用于模拟和恢复叶盘系统振动特性测量欠采样信号的装置。

背景技术：

航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠，近几年由于国家建设的需要，对它的性能及可靠性提出了更高的要求。叶盘系统作为航空发动机的重要组成部分之一，在各种复杂环境下工作，而这些复杂的工作环境会导致其发生故障。在这些故障中最主要也最危险的是振动故障，较高的振动响应会明显降低叶片的疲劳寿命，导致叶片高度疲劳失效。因此，对叶盘系统的振动进行实验测量分析在实际工程中是很有必要的。目前，可以在实验条件下模拟实际的叶盘系统工作情况，并对它的振动进行精确监测与分析，从而通过相应的技术手段降低振动对叶盘系统的危害。在当前的主流的实验设置中，对叶轮上最关键的组件——叶片的振动监测大多采用多个光纤传感器联合测量的技术，有充足的采样以供分析使用，然而在实际工程中由于采样不足，从而无法取得如此准确的振动数据，导致分析效果受限于监测精度的影响，因此，有必要引入压缩感知算法，对在欠采样条件下得到同步振动信号与非同步振动信号进行重构，以获取更准确的振动数据，提高监测精度。这也就需要在实验环境中同样引入欠采样信号进行分析方法和技术手段的研究。然而，目前的装置大多无法在欠采样条件下得到模拟的实时系统振动信号。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种利用叶盘实验系统以模拟叶盘的系统在实际工作环境下的振动情况，并在欠采样条件下得到模拟的实时系统振动信号，可用于压缩感知算法分析，实验分析结果可以为通过实际操作以降低振动危害提供理论依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

用于模拟和恢复叶盘系统振动特性测量欠采样信号的装置，包括支架、叶盘、阶梯轴、套筒、信号发生器、功率放大器、激振器、激光测振仪、计算机和导线；

所述叶盘通过套筒紧固于阶梯轴上，所述阶梯轴紧固于所述支架上；

所述信号发生器通过导线与功率放大器相连，所述功率放大器与所述激振器通过导线相连；

所述激振器的顶针与所述叶盘相抵，用于通过顶针在叶盘上进行激振；

所述激光测试仪用于欠采样测量叶盘激振后的振动信号，并被送至计算机；

所述计算机，用于利用压缩感知重构算法对所述振动信号进行重构与分析。

进一步，所述叶盘包括叶轮和叶片；所述叶轮的外径为400mm,内孔直径为40mm,厚度15mm,所述叶轮的外周面上均布有17个叶片；

进一步，所述叶片的长度为150mm,宽度为30mm,厚度为7mm。

进一步，所述信号发生器为东华测试dh1301型号的扫频信号发生器。

进一步，所述激振器为东华测试dh41020型号的激振器。

进一步，所述激光测振仪为东华测试dh41020型号的激光测振仪。

进一步，所述激振器安装于滑轨上，并通过在滑轨内上下滑动调整相对于叶盘的位置。

进一步，所述计算机所利用的压缩感知重构算法为omp算法。

本发明的优点和效果：

本发明通过具体的叶盘实验装置模拟叶盘不同情况下的振动情况，这相较于虚拟建模分析更加直观且准确，通过这种实际模拟可以得到叶盘更精确的理论振动特性，对后续控制叶盘振动危害的具体操作有着很大的指导和推动作用。并且在欠采样条件下测得振动信号，并通过在信号处理时引入压缩感知重构算法对该欠采样测量的振动信号进行恢复分析，这种处理方式可以较好解决实际工程中由于采样不足而无法继续分析的问题。压缩感知重构是信号处理领域中的一个新理论，在噪声环境中对信号数据采集处理后采用基于压缩感知的优化算法，能够提高数据处理的精度，减小误差。使用压缩感知重构算法，以更高效地计算出更精确的工作状况监测结果，同时考虑到实际工作状态中存在的噪声等复杂环境的影响，力求最大程度提高对振动参数分析的精度。

附图说明

图1为本发明实施例中的用于模拟和恢复叶盘系统振动特性测量欠采样信号的装置的示意图；

图2为图1中的叶盘的左视图；

图3为通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的同步振动信号重构图；

图4为通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的异步振动信号重构图；

图5为通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的异步振动信号重构频谱图。

说明书附图中的标记包括：叶盘1、叶轮11、叶片12、支架2、紧固螺栓3、信号发生器4、连接导线5、功率放大器6、激振器7、滑轨8、激光测振仪9。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本实施例中的用于模拟和恢复叶盘系统振动特性测量欠采样信号的装置，基本如图1所示其结构及组成为：底座、支架、叶盘、紧固螺栓、激振器、滑轨、激光测振仪、功率放大器、信号发生器和连接导线。

叶盘1通过支架2被两个紧固螺栓3所固定，信号发生器4功率输出信号通过连接导线5与功率放大器6相连，功率放大器6与激振器7连接，激振器7通过固定于底座的滑轨8进行上下滑动，激振器7在叶盘1的叶片表面的不同部位进行激振，叶盘1被激振后的振动频率被激光测振仪9经连接导线5输送到计算机(图中未示出)。

如图2所示，所述叶盘包括叶轮11和叶片12；所述叶轮11的外径为400mm,内孔直径为40mm,厚度15mm,所述叶轮12的外周面上均布有17个叶片12；所述叶片12的长度为150mm,宽度为30mm,厚度为7mm。

本实施例中信号发生器采用了东华测试dh1301型号的扫频信号发生器，激振器采用了东华测试dh41020型号的激振器，激光测振仪则采用了东华测试dh41020型号的激光测振仪。

本实施例的工作工程如下：

本实施例主要测量叶盘在激振器激振下，叶盘系统的振动特性，按照附图连接好各实验设备，通过调节信号发生器4的频率和功率放大器6的振幅大小，使其对叶盘1进行激振，通过激光测振仪9测得频率后连接计算机，从而进行分析振动特性，采用欠采样的方式对激振得到的频率信号进行采集，运用压缩感知算法进行信号的稀疏表示，生成测量矩阵，进行原始信号的恢复。

激振器7通过固定于底座的滑轨8进行上下滑动，实现激振器7在叶盘1的叶片表面的不同部位进行激振。

具体的实验方法：按照附图连接好各实验设备，设备预热10分钟，通过调节信号发生器的频率和功率放大器的振幅大小，对叶盘进行模拟激振。通过激光测振仪在欠采样条件下将输出振动输入计算机，在计算机中调用omp算法的具体程序，通过压缩感知算法进行信号的稀疏表示，生成测量矩阵，进行原始信号的恢复，恢复后分析。最后得到相应模拟条件下系统振动的特性。

图3是通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的同步振动信号重构图；其中，用方块标记的线条为通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的信号，用星号标记的线条为原始的激振信号。

图4是通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的异步振动信号重构图；

图5是通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的异步振动信号重构频谱图；其中，用圆点标记的线条为通过压缩感知算法中的omp优化算法处理后得到的信号的频谱，另一线条为原始的激振信号的频谱。

通过图5进行振动状态的分析，最后得到相应模拟条件下系统振动的特性，对比实际信号与重构信号的误差，分析重构信号产生误差原因，以及失谐的因素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。