CN108106827B - 一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法 - Google Patents

一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法，属于直升机模型旋翼试验技术领域，包括：步骤一、根据旋翼台的工作转速百分比误差Rt进行采样频率Fn计算；步骤二、对旋翼台的升转速状态下的转速信号和振动信号进行同步采集；步骤三、对转速数据数组中存在的转速峰值进行位置搜索；步骤四、对转速峰值位置进行整周期振动信号截取；步骤五、对截取的整周期振动信号阶次分析；步骤六、对前置放大器接线及接线端子松脱进行识别及判断。本发明能够提取到接线或接线端子松脱的典型特征，进而识别出升转速状态下的旋翼模型试验台前置放大器接线或接线端子已经松脱，从而消除应其松脱可能产生的试验台和试验件损坏的潜在风险。

Description

一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法
技术领域
本发明属于直升机模型旋翼试验技术领域，具体涉及一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法。
背景技术
模型试验台是进行模型旋翼试验的常用设备，由于试验需要测量桨叶挥舞、摆振扭转以及拉杆载荷、旋翼扭矩等及其微弱的旋转件载荷信号，需要在桨榖上安装前置放大器。而为了接线需要和拆卸桨叶方便，通常需要在前之放大器输入和输出接线端通过金属的接线端子和旋转件载荷信号的金属的接线端子对插得方式相连，然后将接线及接线端子捆扎在桨榖支臂上。这些引线(包括接线端子)在试验台高速旋转状态下有可能存在本身捆扎不牢靠或因振动疲劳致使捆扎带断裂的情况，使得接线或接线端子甩出，引起试验台质量不平衡，严重时会造成试验台旋翼天平杆断裂乃至试验台或试验件毁坏等重大事故。
目前，国内外只能通过对试验台关注部位进行视频监控和试验台振动大小监控的方式对试验台和关键部位进行整体和宏观的监控，无法识别接线或接线端子是否松脱。
发明内容
本发明的目的：为解决上述问题，本发明提供一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法,通过对采集得到升转速状态下的旋翼模型试验台振动信号进行阶次分析，能够提取到接线或接线端子松脱的典型特征，进而识别出升转速状态下的旋翼模型试验台前置放大器接线或接线端子已经松脱，从而消除应其松脱可能产生的试验台和试验件损坏的潜在风险。
本发明的技术方案：一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法，包括以下步骤：
步骤一、根据旋翼台的工作转速百分比误差Rt进行采样频率Fn计算；
Fn＝(int(1250/(Rt×30000))+1)×1000
其中，int为向下取整数；
步骤二、对旋翼台的升转速状态下的转速信号和振动信号进行同步采集；
将旋翼台的转速信号和振动信号同时接入具有同步采集功能的数据采集系统中，所述数据采集系统中设置有采样频率Fn；
基于数据采集系统设置的采样频率Fn获取低转速至工作转速的升转速过程的转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]和振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]；
其中，X为采样点个数；
步骤三、对转速数据数组中存在的转速峰值进行位置搜索；
a)将采集得到的转速数据数组中的数值取绝对值；
b)设置一个转速峰值阈值Psp，利用该阈值Psp对转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]进行峰值搜索；
c)当搜索完转速数据后，可得到一组峰值位置数组[La1,La2,…,Lay]；
其中y为峰值位置个数或者转速和振动信号的圈数；
步骤四、利用步骤三获得的峰值位置进行整周期振动信号截取；
d)、利用峰值位置数组[La1,La2,…,Lay]计算得到y-1个峰值起点数组[La1,La2,…,La(y-1)]和对应数据长度数[La2-La1,La3-La2,…,Lay-La(y-1)]；
e)、利用计算得到的峰值起点数组和数据长度数组，将振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]截取成y-1个整圈振动数据数组[Vi11,Vi12,…Vi0(La2-La1)]、[Vi21,Vi22,…Vi2(La2-La1)]、…[Vi(y-1)1,Vi(y-2)2,…Vi(y-2)(Lay-La(y-1))]，并分别计算y-1个整圈振动数据数组对应的基准频率Fb：
Fb(y-1)＝Fn/(Lay-La(y-1))
步骤五、对截取的整周期振动信号阶次分析；
利用计算得到基准频率Fb0、Fb1、…Fb(y-1)分别对其对应的y-1个整圈振动数据数组进行FFT频谱分析，从而得到y-1圈的阶次幅值数及阶次相位数据；
步骤六、对旋翼模型试验台升转速状态下前置放大器接线及接线端子松脱进行识别及判断；
选取第一阶的y-1个幅值组成幅值数组和y-1个相位组成相位数组；
然后将幅值数组和相位数组分别绘制成曲线图，曲线图水平轴为转速，垂直轴分别为幅值和相位；
若幅值曲线和相位曲线波形趋势相同，且同时出现上下波动，则判断前置放大器接线及接线端子出现松脱。
优选的，所述步骤三中，第1步，将转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]从当前搜索位置取出奇数t(t≥3)个点，
若这t个点都比阈值Psp大，而且前(t-1)/2个点逐渐增大，同时后(t-1)/2个点逐渐减小，则这段转速数据中的第(t-1)/2+1个点的位置既为一个峰值点；
第2步，记录下该峰值点在转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]中的位置，同时将当前搜索位置往后跳过s(s≥t)个数据点，重复第1步；否则将搜索位置从当前位置往后移动1个位置，重复第1步。
优选的，所述步骤六中，若所述曲线图出现以下情况：
1)幅值曲线和相位曲线出现波动段的波形类似正弦波；
2)幅值曲线和相位曲线波动段的波峰和波谷变化趋势相同；
3)幅值和相位曲线出现波动前其波形近似平直；
4)相位曲线出现波动后的波形波谷近似平直；
5)幅值曲线出现波动后的波形呈上升趋势；
6)相位曲线由波动前后负的数值变化为波动后的正数值；
则判断前置放大器接线及接线端子出现松脱。
本发明技术方案的有益效果：本发明包括采样频率计算、转速和振动同步采集、转速峰值位置搜索、整周期振动信号截取、整周期振动信号阶次分析和前置放大器接线及接线端子松脱典型特征识别。
对采集得到升转速状态下的旋翼模型试验台振动信号进行阶次分析，能够提取到接线或接线端子松脱的典型特征，进而识别出升转速状态下的旋翼模型试验台前置放大器接线或接线端子已经松脱，从而消除应其松脱可能产生的试验台和试验件损坏的潜在风险。
附图说明
图1为本发明旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法的一优选实施例的流程示意图；
图2为本发明旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法的一优选实施例的不同转速下1阶振动幅值曲线图；
图3为本发明旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法的一优选实施例的不同转速下1阶振动相位曲线图；
图4为本发明旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法的一优选实施例的不同转速下1阶振动幅值和1阶振动相位对比曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示：一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法，包括以下步骤：
1)采样频率计算
根据百分比误差转速Rt(单位：百分比％)，按以下公式计算采样频率Fn(单位：采样点数/秒)：
Fn＝ (int(1250/(Rt×30000))+1)×1000 (1)
其中，int()为向下取整数。
2)转速和振动同步采集
将转速信号和振动信号同时接入具有同步采集功能的数据采集系统中，通电预热30分钟。设置上述计算得到的采样频率，然后采集从某个低转速(≥100转/分钟)至工作转速的升转速过程的转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]和振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]，x为采样点的个数。
3)转速峰值位置搜索
将采集到的转速数据的数值取绝对值得到新的绝对值转速数据数组[Spb1,Spb2,…,Spbx]；
设置一个转速峰值阈值Psp，利用该阈值Psp对转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]进行峰值搜索，搜索步骤如下：
第1步，将转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]从当前搜索位置(起始搜索为第一个数据点Spa1)取出奇数t(t≥3)个点，如果这t个点都比阈值Psp大，而且前(t-1)/2个点逐渐增大，同时后(t-1)/2个点逐渐减小，则这段转速数据中的第(t-1)/2+1个点的位置既为一个峰值点；
第2步，如果找到峰值点，则记录下该峰值点在转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]中的位置，同时将当前搜索位置往后跳过s(s≥t)个数据点，重复第1步；否则将搜索位置从当前位置往后移动1个位置，重复第1步；
第3步，当搜索完转速数据后，可得到一组峰值位置数组[La1,La2,…,Lay]。其中y为峰值位置个数(即圈数)。
4)整周期振动信号截取
利用峰值位置数组[La1,La2,…,Lay]计算得到y-1个峰值起点数组[La1,La2,…,La(y-1)]和对应数据长度数组[La2-La1,La3-La2,…,Lay-La(y-1)]；
利用计算得到的峰值起点数组和数据长度数组，将振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]截取成y-1个整圈振动数据数组[Vi11,Vi12,…Vi0(La2-La1)]、[Vi21,Vi22,…Vi2(La2-La1)]…[Vi(y-1)1,Vi(y-2)2,…Vi(y-2)(Lay-La(y-1))]。同时分别计算得到y-1个整圈振动数据数组对应的基准频率Fb0、Fb1、…Fb(y-1),其计算公式如下：
Fb0＝Fn/(La1-La0),Fb2＝Fn/(La2-La1)，…Fb(y-1)＝Fn/(Lay-La(y-1))
5)整周期振动信号阶次分析
利用计算得到基准频率Fb0、Fb1、…Fb(y-1)分别对其对应的y-1个整圈振动数据数组进行FFT频谱分析。由于数据已经在之前截取成整圈的数据，这里的频谱分析就是阶次分析。从而得到y-1圈的阶次幅值数组[Am11,Am12,…Am1((La2-La1)/2)]、[Am21,Am22,…
Am2((La3-La2)/2)]、…[Am(y-1)1,Am(y-1)2,…Am(y-1)((Lay-La(y-1))/2)]和阶次相位数据[Ph11,Ph12,…Ph1((La2-La1)/2)]、[Ph21,Ph22,…Ph1((La3-La2)/2)]、…[Ph(y-1)1,Ph(y-1)2,…Ph(y-1)((Lay-La(y-1))/2)]。
6)接线及接线端子松脱识别
得到的y-1圈阶次幅值数组和阶次相位数据中分别提取出第1阶的y-1个幅值组成幅值数组[Am1(2),Am2(2),…Am(y-1)(2)]和y-1个相位组成相位数组[Ph1(2),Ph2(2),…Ph(y-1)(2)]。
然后将幅值数组和相位数组分别绘制成2张曲线图，2张曲线图水平轴为转速，垂直轴分别为幅值和相位。
如果同时符合下述6个规律，则可以判定前置放大器接线及接线端子出现松脱：(1)幅值曲线和相位曲线出现波动段的波形类似正弦波；(2)幅值曲线和相位曲线波动段的波峰和波谷变化趋势相同；(3)幅值和相位曲线出现波动前其波形近似平直；(4)相位曲线出现波动后的波形波谷近似平直；(5)幅值曲线出现波动后的波形呈上升趋势；(6)相位曲线由波动前后负的数值变化为波动后的正数值。
示例如下：
1、采样频率计算
百分比误差转速Rt＝0.2％，按上述公式(1)计算最低要求采样频率Fn：
Fn＝21000
2、转速和振动同步采集
将转速信号和振动信号同时接入具有同步采集功能的数据采集系统中，通电预热30分钟。控制试验台开始运转，设置采样频率Fn为21000，然后采集转速从1363转/分钟到1578转/分钟的转速数据和震动数据，得到转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]和振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]，x为采样点的个数。
3、转速峰值位置搜索
将采集到的转速数据的数值取绝对值得到新的绝对值转速数据数组[Spb1,Spb2,…,Spbx]；
设置一个转速峰值阈值Psp＝1.5，利用该阈值Psp对转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]进行峰值搜索，其中t＝11，s＝20,搜索得到的峰值位置数组见下表1：
表1峰值位置列表
4、整周期振动信号截取
利用表1的峰值位置数组计算得到31个峰值起点数组(见下表2)、对应31个数据长度数组(见下表3)，同时计算得到对应的31个基准频率数组(见下表4)；
表2峰值起点数组表
表3数据长度数组表
表4基准频率(单位：赫兹)数组表
利用计算得到的峰值起点数组和数据长度数组，将振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]截取成31个整圈振动数据数组(即31圈)[Vi11,Vi12,…Vi1(La2-La1)]、[Vi21,Vi22,…V22(La3-La2)]、…[Vi311,Vi312,…Vi31(La32-La31)]。
5、整周期振动信号阶次分析
利用计算得到基准频率(见上表4)分别对其对应的31个整圈振动数据数组进行FFT频谱分析。由于数据已经在之前截取成整圈的数据，这里的频谱分析就是阶次分析。从而得到199圈的阶次幅值数组
[Am11,Am12,…Am1((La2-La1)/2)]、[Am21,Am22,…Am1((La3-La2)/2)]、…[Am311,Am312,…Am31((La32-La31)/2)]和阶次相位数据[Ph11,Ph12,…Ph1((La2-La1)/2)]、[Ph21,Ph22,…Ph2((La3-La2)/2)]、…[Ph311,Ph312,…Ph31((La32-La31)/2)]。
6、接线及接线端子松脱识别
从得到的31圈阶次幅值数组和阶次相位数据中分别提取出第1阶的31个幅值组成幅值数组(见下表5)和31个相位组成相位数组(见下表6)，同时，根据31个基准频率数组可以得到31个转速数组(转速＝基准频率×60)(见下表7)。
表5 1阶振动幅值(单位：米/秒2)数组表
表6 1阶振动相位(单位：°)数组表
表7转速(单位：转/分钟)数组表
然后将幅值数组和相位数组分别绘制成2张曲线图(见图2中蓝点曲线和图3中蓝点曲线)，2张曲线图水平轴为转速，垂直轴分别为幅值和相位。
从图2、3和4，可以找到下述6个规律：
(1)幅值曲线和相位曲线出现波动段的波形类似正弦波(图中转速从1400到1800之间的数据段)；(2)幅值曲线和相位曲线波动段的波峰和波谷变化趋势相同(图中转速从1400到1800之间的数据段)；(3)幅值和相位曲线出现波动前其波形近似平直(图中转速从1360到1400之间的数据段)；(4)相位曲线出现波动后的波形波谷近似平直(图中转速从1500到1580之间的数据段)；(5)幅值曲线出现波动后的波形呈上升趋势(图中转速从1400到1580之间的数据段)；(6)相位曲线由波动前后负的数值(图中转速从1360到1400之间的数据段)变化为波动后的正数值(图中转速从1500到1580之间的数据段)。因此，可以判定前置放大器接线及接线端子出现松脱。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据旋翼台的工作转速百分比误差Rt进行采样频率Fn计算；
Fn＝(int(1250/(Rt×30000))+1)×1000
其中，int为向下取整数；
步骤二、对旋翼台的升转速状态下的转速信号和振动信号进行同步采集；
将旋翼台的转速信号和振动信号同时接入具有同步采集功能的数据采集系统中，所述数据采集系统中设置有采样频率Fn；
基于数据采集系统设置的采样频率Fn获取低转速至工作转速的升转速过程的转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]和振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]；
其中，X为采样点个数；
步骤三、对转速数据数组中存在的转速峰值进行位置搜索；
a)将采集得到的转速数据数组中的数值取绝对值；
b)设置一个转速峰值阈值Psp，利用该阈值Psp对转速数据数组
[Spa1,Spa2,…,Spax]进行峰值搜索；
c)当搜索完转速数据后，可得到一组峰值位置数组[La1,La2,…,Lay]；
其中y为峰值位置个数或者转速和振动信号的圈数；
步骤四、利用步骤三获得的峰值位置进行整周期振动信号截取；
d)、利用峰值位置数组[La1,La2,…,Lay]计算得到y-1个峰值起点数组[La1,La2,…,La(y-1)]和对应数据长度数
[La2-La1,La3-La2,…,Lay-La(y-1)]；
e)、利用计算得到的峰值起点数组和数据长度数组，将振动数据数组[Vi1,Vi2,…,Vix]截取成y-1个整圈振动数据数组[Vi11,Vi12,…Vi0(La2-La1)]、[Vi21,Vi22,…Vi2(La2-La1)]、…[Vi(y-1)1,Vi(y-2)2,…
Vi(y-2)(Lay-La(y-1))]，并分别计算y-1个整圈振动数据数组对应的基准频率Fb：
Fb(y-1)＝Fn/(Lay-La(y-1))
步骤五、对截取的整周期振动信号阶次分析；
利用计算得到基准频率Fb0、Fb1、…Fb(y-1)分别对其对应的y-1个整圈振动数据数组进行FFT频谱分析，从而得到y-1圈的阶次幅值数及阶次相位数据；
步骤六、对旋翼模型试验台升转速状态下前置放大器接线及接线端子松脱进行识别及判断；
选取第一阶的y-1个幅值组成幅值数组和y-1个相位组成相位数组；
然后将幅值数组和相位数组分别绘制成曲线图，曲线图水平轴为转速，垂直轴分别为幅值和相位；
若幅值曲线和相位曲线波形趋势相同，且同时出现上下波动，则判断前置放大器接线及接线端子出现松脱。
2.根据权利要求1所述的旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法，其特征在于：
所述步骤三中，
第1步，将转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]从当前搜索位置取出奇数t个点，其中，t≥3，
若这t个点都比阈值Psp大，而且前(t-1)/2个点逐渐增大，同时后(t-1)/2个点逐渐减小，则这段转速数据中的第(t-1)/2+1个点的位置既为一个峰值点；
第2步，记录下该峰值点在转速数据数组[Spa1,Spa2,…,Spax]中的位置，同时将当前搜索位置往后跳过s个数据点，其中s≥t，重复第1步；否则将搜索位置从当前位置往后移动1个位置，重复第1步。
3.根据权利要求1所述的旋翼台升转速状态下放大器端子松脱识别方法，其特征在于：
所述步骤六中，若所述曲线图出现以下情况：
1)幅值曲线和相位曲线出现波动段的波形类似正弦波；
2)幅值曲线和相位曲线波动段的波峰和波谷变化趋势相同；
3)幅值和相位曲线出现波动前其波形近似平直；
4)相位曲线出现波动后的波形波谷近似平直；
5)幅值曲线出现波动后的波形呈上升趋势；
6)相位曲线由波动前后负的数值变化为波动后的正数值；
则判断前置放大器接线及接线端子出现松脱。
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