CN108287251A - 一种基于峰值保持的转速凹/凸齿信号识别方法 - Google Patents

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Abstract

一种发动机转子凹/凸齿时刻确定方法，主要解决现有的发动机转速信号凹/凸齿时刻确定方法偏差大、实时性差、通用性不强的问题。所述的发动机转速信号凹/凸齿峰值保持确定方法，针对带凸齿或凹齿的转速信号，采用峰值保持电路延长峰值时间，在转速信号波形达到特定时刻启动、完成A/D采样，释放峰值保持电压，并通过硬件逻辑处理，能够准确、实时地确定转速信号凹/凸齿。本发明定位精度高、实时性强，能够处理常用的发动机转速凹/凸齿信号，对分析发动机健康管理具有重要价值。

Description

一种基于峰值保持的转速凹/凸齿信号识别方法
技术领域
本发明属于发动机健康管理技术领域，具体的说是一种发动机转速凹/凸齿信号(也称低齿/高齿信号)确定方法。
背景技术
发动机转子系统的相位基准位置是发动机健康管理和故障分析检测的基础。如在振动分析中，需要将捕获到的基准相位信息加入采样的振动信号中，以明确振动采样点对应的转子相位。
目前转子的相位基准由特殊加工的转速音轮提供，该转速音轮的N个齿中有一个为凸齿、凹齿或者有缺失齿，如附图1所示，通过传感器输出信号中的凸齿处感应信号用来标记转子的相位基准。这样转子每转动一周，由转速计产生N-1个幅值相同的正弦波(或类似波形)和1个幅值有别的正弦波(或类似波形，在凸齿、凹齿或者缺失齿处产生)。一般转速计信号的幅值随转速变化而变化，并且二者并非简单的线性关系(如附图2，带凸齿的转速计在转子加速时的感应波形)，难以准确分离出相位基准对应的幅值；同时因为安装问题，或者是转子转动时发生的振动，会导致模拟量幅值信号随之改变(如附图3，带凸齿的转速计在位置变化时的感应波形)，所以难于仅通过检测转速信号的幅值准确地确认转子相位基准。
目前，对转子相位基准的确定有两种方法。一种是针对频率变化特征(只针对缺失一个齿的转速音轮)来确定转子相位基准，如缺齿造成转速计信号频率变化，通过频率捕获可以定位转子相位基准。第二种方法，针对带凸齿、凹齿的转速音轮，如凸齿对应的幅值高于普通齿，跟踪转子的相位，在转速信号波形达到特定相位启动A/D采样，并通过硬件逻辑处理，能够准确、实时的确定转子的相位基准。确定转子相位基准后对振动/加速度等信号采样值的标记，使转子的相位信息保存在振动/加速度等相关信号中。但当转速信号波形到达特定相位时(以凸齿转速计为例)，由于比较器的滞回特性(由于电路的传输特性，当输入信号由小到大变化或者由大到小变化时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性呈现出“滞回”曲线的形状)，此时启动A/D采样会出现两种情况：当转速较快时，A/D采样点与凸齿转子相位点距离较近，时刻精度误差可忽略不计；但当转速较慢时，A/D采样点与凸齿转子相位点距离较远，可能造成确定时刻的较大误差。
发明内容
发明目的：本发明针对第二种方法存在的滞回特性问题，提出了一种改进型发动机转子凹/凸齿时刻确定方法。
技术方案：一种基于峰值保持的转速凹/凸齿信号识别方法，具体步骤如下：
步骤1：将带相位基准信息的发动机转子的转速计信号经过前端处理引入A/D转换器和转子相位跟踪硬件逻辑处理；
步骤2：由采集时刻控制逻辑控制A/D转换器的转换启动和峰值保持电路的电容放电；该逻辑实时采集当前转速，并判定转速信号波形到达特定相位的时刻(如信号波形达到正波峰和负波峰)，控制启动A/D转换器，当A/D转换结束后，发出反馈控制信号，进行峰值保持电路的电容放电；
步骤3：将A/D转换器采集结果进行幅值计算，输入模拟量采集值比较逻辑，与之前采集的幅值计算结果进行比较，最后确定凹/凸齿位置：如带凸齿的转速计，A/D转换器采集正负峰值，通过逻辑对正负峰值进行幅值计算，随后与逻辑FIFO中的存储结果进行比较(凸齿处的计算结果应比其他齿感应的计算结果大20％)，如果该目标齿的A/D采集幅值计算结果比其它N-1个结果大20％，就可以确认采集该目标位置为凸齿。
所述采集时刻控制逻辑在转速信号达到特定相位时触发，如对于某个带凸齿的转速计，以该特殊齿中心为“0相位”，每个齿感应的波形为正弦波，在每个正弦波正波峰(相对“0相位”为1/2π相位)和负波峰(相对“0相位”为3/2π相位)时启动A/D采集。
所述峰值保持电路用来保持每周期的转速模拟量峰值信号，以方便A/D采集器在特定时刻完成模拟量峰值采集，并在A/D采集结束后由采集时刻控制逻辑控制峰值保持电路的电容放电。
所述模拟量采集值比较逻辑，将正负波峰处的高速A/D采集结果进行幅值计算，并将计算结果放入FIFO队列中(共N个数据)，将最新结果与之前临近N-1个数据比较，如果符合转子对应的幅值特征(对于凸齿，均大于之前数据；对于凹齿，均小于之前数据)，则可以判断出该时刻齿为凹/凸齿(即转子的“0”相位)。
有益技术效果：
该方法利用硬件逻辑控制在提高了反应速度和提高精度，增强抗干扰能力的基础上，具备消除由电路滞回特性产生的误差的功能，并针对有可能出现的转子振动偏移现象对硬件逻辑进行设计，提高了时刻确定精度，该方法针对带有凸齿、凹齿、缺齿及其他通过加工齿形不同来标记基准相位的转速计都同样有效，具有更广泛的应用。
附图说明
图1是带凸齿转速计的工作原理和产生的相应波形图；
图2是理想状态下凹/凸齿转速计波形图；
图3是非理想状态下凹/凸齿转速计波形图；
图4是理想状态下经峰值保持电路处理波形对比图；
图5是非理想状态下经峰值保持电路处理波形对比图；
图6是未加峰值保持电路的转速凹/凸齿信号识别方法；
图7是非理想状态下转速凹/凸齿信号确定方法的功能原理框图；
图8是理想状态下转速凹/凸齿信号确定方法的功能原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
请同时参阅图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8，其中，图2是发动机转子和转盘理想状态下时，凹/凸齿在转动过程中的信号波形图，图3是发动机转子和转盘非理想状态时，凸齿和凹齿在加速过程中的信号波形图，图4是针对图2情况，具有峰值电压保持电路的凹/凸齿转动过程中的信号波形图，图5是针对图3情况，具有峰值电压保持电路的凹/凸齿转动过程中的信号波形图，图6是常用/已有方法的功能原理框图，图7是发动机转子和转盘理想状态时，发动机转速凹/凸齿信号确定方法的功能原理框图，图8是发动机转子和转盘非理想状态时，发动机转速凹/凸齿信号确定方法的功能原理框图。
实施例1：转速音轮正常工作时(即转速音轮的转子不发生相位偏移的状态)：参阅图2，此时传感器获得的波形图的基准相位未发生偏移，对于该类情况下的转速采集过程可如图7所示，即传感器信号经过滤波处理后，进行正峰值保持电路处理，峰值保持后的波形如图5所示，由采集时刻控制逻辑控制在相对0相位的1/2π相位处完成转速采集，完成转速采集后利用该逻辑控制峰值保持电路的电容放电，通过凹/凸齿模拟量采集逻辑将采集的数据进行计算比较处理并存入FIFO队列，随后通过模拟量采集值比较确认凹/凸齿逻辑对更新值与原值进行计算比较，从而确认凹/凸齿的相位。
实施例2：转速音轮转子在工作中发生相位偏移时：参阅图3，此时传感器获得的波形图的基准相位未发生偏移，对于该类情况下的转速采集过程可如图8所示，即传感器信号经过滤波处理后，进行正峰值保持电路处理和负峰值保持电路处理，正负峰值保持后的波形如图6所示，由采集时刻控制逻辑控制在相对0相位的1/2π和3/2π相位处完成转速采集，波形幅值采集后利用该逻辑控制正负峰值保持电路的电容放电，通过凹/凸齿模拟量采集逻辑将采集的数据进行计算比较处理并存入FIFO队列，随后通过模拟量采集值比较确认凹/凸齿逻辑对更新值与原值进行计算比较，从而确认凹/凸齿的相位。

Claims (3)

1.一种基于峰值保持的转速凹/凸齿信号识别方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤1：将带相位基准信息的发动机转子的转速计信号经过前端处理引入A/D转换器和转子相位跟踪硬件逻辑处理；
步骤2：由采集时刻控制逻辑控制A/D转换器的转换启动和峰值保持电路的电容放电；该逻辑实时采集当前转速，并判定转速信号波形到达特定相位的时刻，控制启动A/D转换器，当A/D转换结束后，发出反馈控制信号，进行峰值保持电路的电容放电；
步骤3：将A/D转换器采集结果进行幅值计算，输入模拟量采集值比较逻辑，与之前采集的幅值计算结果进行比较，最后确定凹/凸齿位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于峰值保持的转速凹/凸齿信号识别方法，其特征在于：所述采集时刻控制逻辑在转速信号达到特定相位时触发，如对于某个带凸齿的转速计，以该特殊齿中心为“0相位”，每个齿感应的波形为正弦波，在每个正弦波正波峰，即相对“0相位”为1/2π相位和负波峰，即相对“0相位”为3/2π相位时启动A/D采集。
3.根据权利要求1所述的一种基于峰值保持的转速凹/凸齿信号识别方法，其特征在于：所述模拟量采集值比较逻辑是将正负波峰处的高速A/D采集结果进行幅值计算，并将计算结果放入FIFO队列中，一共N个数据，将最新结果与之前临近N-1个数据比较，如果符合转子对应的幅值特征，则可以判断出该时刻齿为凹/凸齿。
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