还原被干扰压力脉动信号的方法
【技术领域】 [0001] ：本发明设及一种还原被干扰压力脉动信号的方法。
【背景技术】 [0002] ：水力机械的振动发生于运行中的各类水电站和抽水蓄能电站，随着单 机容量的不断增大，机组的稳定性变得越来越重要，稳定性指标同能量、空化指标一起成为 水力机械的=大考核指标。而压力脉动是影响机组稳定性指标的主要因素之一，它不仅会 引起机组振动、出力摆动、叶片裂纹和尾水管壁撕裂等，而且剧烈的压力脉动甚至会引起厂 房或相邻建筑物的共振，直接威胁到整个电站的安全运行。因此，压力脉动测量值的正确与 否直接影响了对水力机械稳定性和机组安全运行状态的评价，已日益得到广泛的重视。
[0003] 如图1所示，正常压力脉动信号（1)应该呈现出平滑、低频的正弦波形态。而压力 脉动测量结果分析过程中，经常会发现异于正常压力脉动信号（1)存在明显"毛刺"状高频 干扰信号（2)成分的被干扰压力脉动信号（3)。被干扰压力脉动信号（3)的特征为：压力 脉动信号时域幅值比正常压力脉动信号（1)的时域幅值大，且在如图2所示的压力脉动信 号频域分析图中，可W发现存在一个明显与正常压力脉动信号频率成分（4)无关的高频干 扰信号频率成分巧）。一旦发生上述现象，将无法准确地对水力机械压力脉动现象的时频特 性进行分析，导致不能正确评价水力机械的水力稳定性。而发现此种情况时往往是在试验 结束后数据整理阶段，此时已没有办法采取其他措施来将高频干扰信号（2)在信号采集过 程中过滤掉的，只能在压力脉动试验数据后期分析处理中采用数学方法将被干扰压力脉动 信号（3)中的高频干扰信号（2)去除掉并还原为正常压力脉动信号（1)。
[0004]
【发明内容】
：本发明的目的是提供一种将被干扰压力脉动信号还原为正常压力脉动 信号的方法，实现在被干扰压力脉动信号中将高频干扰信号剔除的目的。 阳〇化]本发明的技术方案为：一种还原被干扰压力脉动信号的方法，
[0006] 1)启动计算机系统；
[0007] 2)对压力脉动信号进行频域分析；
[0008] 3)判定高频干扰信号并确定该干扰信号的幅值A2和频率f2;
[0009] 4)构造出该高频干扰信号的数学表达式：
[0010] 八2?sin(2 ? 31 ?fz? ; W11]w计算被干扰压力脉动信号去除不同相位高频干扰信号后的信号Si即al(ti, :
[0012]
阳01引式中：
[0014]Signal(ti，42.，）：被干扰压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号；
[0015]
[0016]
[0017] 4 2.i:高频干扰信号的相位，起^ ; 阳0化]j:整数系列，j= 0, 1，2,…，180 :
[0019] 6)分别计算信号系列Signal(ti，42.，）的压力脉动信号时域峰峰值；
[0020] 7)捜索出不同相位时信号系列Signal(ti，42.i)的压力脉动信号时域峰峰值的最 小值：
[0021] As*=min{As,j}
[0022] 式中： 阳02引 不同相位时信号系列Signal(t1，42.i)的压力脉动信号时域峰峰值的最小值；
[0024] As,.j:不同相位时信号系列Si即al(ti, 的压力脉动信号时域峰峰值系列；
[0025] 8)确定不同相位时信号系列Signal也，d)2i)的压力脉动信号时域峰峰值的最小 值对应的高频干扰信号相位42，^
[00%] 9)将被干扰压力脉动信号还原为正常压力脉动信号：
[0027] 本发明利用压力脉动信号本身的特性，根据时域频域分析结果，构造出高频干扰 信号（2)的数学表达式并确定出数学表达式中的各变量值，依此将叠加在被干扰压力脉动 信号（3)中的高频干扰信号（2)去除出去，从而将被干扰压力脉动信号（3)还原为正常压 力脉动信号（1)。
[0028] 如图1所示，被干扰压力脉动信号（3)实际上是由高频干扰信号（2)叠加在正常 压力脉动信号（1)上构成的，即，
[0029] 八3 (t) =Ai?sin(2 ? 31 ? ?t+ 本1) +八2?sin(2 ? 31 ?fz?t+ 本2)
[0030] (1)
[0031] 式中： 阳0巧A] (t):被干扰压力脉动信号；
[0033] Ai:正常压力脉动信号幅值；
[0034] 。正常压力脉动信号频率；
[0035]t:时间；
[0036] 4 1:正常压力脉动信号相位；
[0037] Az:局频干扰f目号幅值；
[0038]f2:高频干扰信号频率；
[0039] 42:高频干扰信号相位。
[0040] 通常，用压力脉动信号的时域峰峰值来表征压力脉动的大小。所谓峰峰值，就是信 号的波峰与波谷幅值之差。如图1所示，对于正常压力脉动信号（1)而言，其时域峰峰值为 2Ai。而被高频干扰信号（2)干扰了的被干扰压力脉动信号（3)的时域峰峰值则为2 (Ai+Az)。 被干扰压力脉动信号（3)的时域峰峰值与正常压力脉动信号（1)的时域峰峰值之差，被干 扰压力脉动信号（3)较正常压力脉动信号（1)由于叠加了高频干扰信号（2)而错误增加的 时域峰峰值部分，即为高频干扰信号（2)的时域峰峰值2A2。也就是说，高频干扰信号（2) 在压力脉动时域分析中的影响就是使正常压力脉动信号（1)的时域峰峰值整整升高了 2A2， 即高频干扰信号（2)的时域峰峰值。
[0041] 同时，如图2所示，在对被干扰压力脉动信号（3)的频域分析中，除了能够发现对 应正常压力脉动信号幅值Ai和正常压力脉动信号频率的正常压力脉动信号频率成分（4) 夕F，还存在一个对应高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2的高频干扰信号频率成分 巧）。在对正常压力脉动信号（1)进行频域分析时，高频干扰信号频率成分（5)是不存在的。
[0042] 既然被干扰压力脉动信号（3)是由正常压力脉动信号（1)和高频干扰信号（2) 叠加在一起形成的，只要能够采用某种方式构造出高频干扰信号（2)的数学表达式并确定 该正弦波表达式中的各变量值，就可W通过将高频干扰信号（2)叠加在正常压力脉动信号 (1) 上构成异常压力脉动信号（3)过程的逆运算，将该高频干扰信号（2)从被干扰压力脉 动信号（3)中去除掉，在理论上就可W实现将被干扰压力脉动信号（3)中将高频干扰信号 (2) 去除还原为正常压力脉动信号（1)的目的。
[0043] 由于图2中高频干扰信号频率成分（5)所对应的高频干扰信号幅值A2和高频干 扰信号频率f,，故高频干扰信号似可表示为A2，sin(2-n 除高频干扰信号 相位4 ，高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2均可由图2所示的频域分析图中 获得。
[0044] 要实现将被干扰压力脉动信号（3)中的高频干扰信号（2)去除还原为正常压力脉 动信号（1)的目的，就需要在构成被干扰压力脉动信号（3)的压力脉动信号中去除掉叠加 的高频干扰信号（2)。由于被干扰压力脉动信号（3)为已知信号，而构造出的高频干扰信 号（2)除相位也均可W从图2所示的频域分析图中获得，故可W按下式计算出不同 的高频干扰信号相位下被干扰压力脉动信号（3)去除高频干扰信号（2)后的信号系列 Si即al(ti, :
[0045]
[0046]式中：
[0047] Signal也，42,):被干扰压力脉动信号去除不同相位的高频干扰信号后的信号系 列；
[0048]
[0049]
'巧 阳化0] 42^:高频干扰信号的相位，知，=^'^''；
[0051]j:整数系列，j= 0, 1，2,…，180。
[0052] 从上述分析可知，被干扰压力脉动信号（3)的时域峰峰值要比正常压力脉动信号 (1)的时域峰峰值要高，由于表征高频干扰信号（2)的数学表达式A2，sin(2 ?n.f, ?*+(!)2) 中高频干扰信号幅值A2和高频干扰信号频率f2均可由图2中的高频干扰信号