CN111006873B - 叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法和装置 - Google Patents

叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法、装置和电子设备，属于信号处理技术领域。其中方法包括：接收叶尖间隙的原始采样信号；从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形；利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值。本发明根据叶尖间隙信号特点，利用索引分割得到单叶片波形，又采用高斯拟合得到表征单叶片波形的函数，以提高测量精度、实现欠采样下叶尖间隙信号提取方法方案。

Description

叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法和装置
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法、装置及电子设备。
背景技术
叶尖间隙是指发动机、燃气轮机等旋转机械转子叶片与机匣内壁之间的距离，它是发动机、燃气轮机设计中一个非常关键的参数，对流场结构、能量传递、旋转失速先兆及损失的生成有着决定性影响，对效率、耗油率和可靠性有很大影响。研究表明，叶尖间隙减小0.0254mm，效率能够提高1％。这就要求叶尖间隙设计得尽可能小，但要保证在发动机全包线内转子叶尖与机匣不发生碰磨，以免危及发动机的安全。
英﹑美﹑俄等航空技术发达国家对航空发动机间隙测试技术十分重视，国家和各大航空企业投入了大量的人力物力用于开发和完善间隙测试新技术新仪器，并有充足的发动机资源可供试验验证。这些国家多年来相继开发和完善了放电探针法、电涡流法、高能X射线照相法、超声波测量方法、微波测量方法、电容法、光学法(光学内窥原理法和光学三角法)等发动机叶尖间隙测试方法，测试人员可以根据不同情况选择适合的测试手段对压气机﹑涡轮叶尖间隙实施准确测量，在发动机研制试验过程中得到广泛应用并发挥重要作用。
叶尖间隙信号噪声有随机噪声、电机或其他系统的干扰、试验台架振动造成的干扰信号及间断的冲击信号干扰。由于转速升高，叶尖间隙信号的有效带宽从几十Hz到几百KHz，范围较宽，如果噪声信号刚好处于当前转速的有效带宽之内，则用普通的滤波方法无法滤除。对于叶尖间隙信号的采集要求采样率达到几MHz，比一般的动态采集系统高很多，数据量较大，对于处理硬件和软件都有较高要求。
现有的叶尖间隙信号提取方法存在采样率较高、噪声滤除的效果较差的技术问题。
发明内容
为了解决普通滤波方法无法跟随间隙信号的频率进行滤波、无法滤除冲击干扰等问题，本发明提供了一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方案。
第一方面，本发明实施例提供了一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法，其特征在于，包括：
接收叶尖间隙的原始采样信号；
从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形；
利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值。
可选的，所述从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形的步骤，包括：
获取所述原始采样信号的均方根值，作为切割阈值；
利用所述切割阈值，从原始采样信号对应的全部索引值中筛选出单叶片索引值；
利用每个单叶片索引值，确定每个单叶片波形。
可选的，所述利用所述切割阈值，从原始采样信号对应的全部索引值中筛选出单叶片索引值的步骤，包括：
利用所述切割阈值，筛选出电压值大于或者等于所述切割阈值的多个第一索引值；
获取相邻的第一索引值差值，所述差值大于或等于间隔阈值，则对应的相邻第一索引值的后者作为单叶片索引值。
可选的，所述利用每个单叶片索引值，确定每个单叶片波形的步骤，包括：
将每两个相邻的单叶片索引值作为一个单叶片的初始边缘索引值；
将每个所述单叶片的初始边缘索引值平移预设数量的采样点，得到所述单叶片的确定边缘索引值；
从所述原始采样信号中，提取每个所述单叶片的确定边缘索引值对应的采样信号，作为所述单叶片的波形。
可选的，所述将每个所述单叶片的初始边缘索引值平移预设数量的采样点，得到所述单叶片的确定边缘索引值的步骤，包括：
将每个的初始边缘索引值减去预设平移值，得到所述单叶片的确定边缘索引值，其中，所述预设平移值小于或者等于所述初始边缘索引值之间的采样点总数的一半。
可选的，所述利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值的步骤，包括：
利用公式：
Figure GDA0003228717170000031
对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片波形对应的单叶片的峰峰值；其中，
base表示基准线，a表示曲线的高度，b表示曲线中心在横轴的位置，c表示半峰宽度。
可选的，所述利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值的步骤之后，所述方法还包括：
利用所述单叶片的峰峰值，计算所述叶尖间隙值。
第二方面，本发明实施例提供了一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取装置，包括：
接收模块，用于接收叶尖间隙的原始采样信号；
分割模块，用于从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形；
拟合模块，用于利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述第一方面中任一项所述的叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法。
上述本发明实施例提供的叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方案，通过接收叶尖间隙的原始采样信号；从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形；利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值。本发明根据叶尖间隙信号特点，利用索引分割得到单叶片波形，又采用高斯拟合得到表征单叶片波形的函数，以提高测量精度、实现欠采样下叶尖间隙信号提取方法方案。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的峰峰值获取方法所涉及的阈值电平设置示意图；
图3为本发明实施例提供的峰峰值获取方法所涉及的阈值电平切割之后的信号示意图；
图4为本发明实施例提供的峰峰值获取方法所涉及的找到分割索引的示意图；
图5为本发明实施例提供的峰峰值获取方法所涉及的拟合后的曲线与原始信号对比示意图；
图6是对欠采样的信号经过拟合前后的对比示意图；
图7是对含有冲击干扰的信号经过拟合前后的对比示意图。
具体实施方式
参见图1，为本发明实施例提供的叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法的流程示意图。如图1所示，所述方法主要包括：
S101，接收叶尖间隙的原始采样信号；
S102，从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形；
S103，利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值。
可选的，所述从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形的步骤，包括：
获取所述原始采样信号的均方根值，作为切割阈值；
利用所述切割阈值，从原始采样信号对应的全部索引值中筛选出单叶片索引值；
利用每个单叶片索引值，确定每个单叶片波形。
可选的，所述利用所述切割阈值，从原始采样信号对应的全部索引值中筛选出单叶片索引值的步骤，包括：
利用所述切割阈值，筛选出电压值大于或者等于所述切割阈值的多个第一索引值；
获取相邻的第一索引值差值，所述差值大于或等于间隔阈值，则对应的相邻第一索引值的后者作为单叶片索引值。
可选的，所述利用每个单叶片索引值，确定每个单叶片波形的步骤，包括：
将每两个相邻的单叶片索引值作为一个单叶片的初始边缘索引值；
将每个所述单叶片的初始边缘索引值平移预设数量的采样点，得到所述单叶片的确定边缘索引值；
从所述原始采样信号中，提取每个所述单叶片的确定边缘索引值对应的采样信号，作为所述单叶片的波形。
可选的，所述将每个所述单叶片的初始边缘索引值平移预设数量的采样点，得到所述单叶片的确定边缘索引值的步骤，包括：
将每个单叶片的初始边缘索引值减去预设平移值，得到所述单叶片的确定边缘索引值，其中，所述预设平移值小于或者等于所述初始边缘索引值之间的采样点总数的一半。
可选的，所述利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值的步骤，包括：
利用公式：
Figure GDA0003228717170000061
对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片波形对应的单叶片的峰峰值；其中，
base表示基准线，a表示曲线的高度，b表示曲线中心在横轴的位置，c表示半峰宽度。
可选的，所述利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值的步骤之后，所述方法还包括：
利用所述单叶片的峰峰值，计算所述叶尖间隙值。
本发明提供的峰峰值获取方案，根据叶尖间隙信号特点，将滤波和峰峰值提取融为一体，实现了白噪声、高频噪声、冲击干扰等的有效滤除，同时还能实现欠采样下间隙信号的准确提取，能够将采样率降低到原来的1/8左右，降低了对于采集硬件的要求，极大地减少原始电压数据存储量。该技术可在行业内推广应用，具有良好的经济效益和极大的实际工程应用价值。
在一种具体实施方式中，本发明提供的信号提取方法包括以下几个步骤：
首先，原始电压阈值分割。如图2和图3所示，对采集到的叶尖间隙原始电压信号1，求出该信号的均方根，以此为阈值电平2切割信号，保留大于阈值的电压信号3及索引值；
其次，索引比较分割单叶片。如图4所示，对切割后的电压信号3，通过比较索引值得到单叶片的分割索引4，用分割索引即可将原始采集到的叶尖间隙信号1,分割成一个一个的单叶片波形；
接着，单叶片波形平移。将单叶片波形的分割索引向索引值变小的方向整体平移若干点，得到完整的单叶片波形5；
下一步，单叶片波形拟合。如图5所示，按照公式1对完整的单叶片波形进行拟合，得到光滑的单叶片波形拟合曲线6。
Figure GDA0003228717170000071
其中：
base表示基准线；
a表示曲线的高度；
b表示曲线中心在横轴的位置；
c表示半峰宽度。
如图6所示为欠采样信号的单叶片波形拟合效果，所述叶尖间隙原始电压信号可以是欠采样的信号。如图7所示为含有冲击干扰的单叶片波形拟合效果，所述叶尖间隙原始电压信号可以是含有冲击干扰的信号。
比较索引值是通过将电压信号3相邻点索引值相减，即为将后索引值减去前索引值，得到索引的差值，找到差值中大于n的点，其对应的索引值(后索引值)即为单叶片的分割索引4，其中，n的值可以根据采样率及转速适当选取。
此外，完整的单叶片波形5是指波形中包含从波谷到波峰的上升沿和波峰到波谷的下降沿。
拟合采用的是基准可变的高斯函数即公式1，函数中的参数a即代表波形拟合曲线6的峰峰值，通过该峰峰值可以计算出叶尖间隙值。
综上所述本发明根据叶尖间隙信号特点，利用索引分割得到单叶片波形，又采用高斯拟合得到表征单叶片波形的函数，解决了普通滤波方法无法跟随间隙信号的频率进行滤波、无法滤除冲击干扰等问题，提高了测量精度；同时实现了欠采样下叶尖间隙信号的准确提取，极大地降低了采样率，降低了对于采集硬件的要求，减少了原始电压数据存储量。该技术可在行业内推广应用，具有良好的经济效益和极大的实际工程应用价值。
此外，本发明实施例提供了一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取装置，包括：
接收模块，用于接收叶尖间隙的原始采样信号；
分割模块，用于从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形；
拟合模块，用于利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值。
本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述第一方面中任一项所述的叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法，其特征在于，包括：
接收叶尖间隙的原始采样信号；
从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形，获取所述原始采样信号的均方根值，作为切割阈值，利用所述切割阈值，从原始采样信号对应的全部索引值中筛选出单叶片索引值，利用每个单叶片索引值，确定每个单叶片波形；
所述利用所述切割阈值，从原始采样信号对应的全部索引值中筛选出单叶片索引值的步骤，包括：利用所述切割阈值，筛选出电压值大于或者等于所述切割阈值的多个第一索引值，获取相邻的第一索引值差值，所述差值大于或等于间隔阈值，则对应的相邻第一索引值的后者作为单叶片索引值；
所述利用每个单叶片索引值，确定每个单叶片波形的步骤，包括：将每两个相邻的单叶片索引值作为一个单叶片的初始边缘索引值，将每个所述单叶片的初始边缘索引值平移预设数量的采样点，得到所述单叶片的确定边缘索引值，从所述原始采样信号中，提取每个所述单叶片的确定边缘索引值对应的采样信号，作为所述单叶片的波形；
利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值，所述基准可变的高斯函数的公式为
Figure FDA0003228717160000011
利用所述基准可变的高斯函数的公式对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片波形对应的单叶片的峰峰值，其中，base表示基准线，a表示曲线的高度，b表示曲线中心在横轴的位置，c表示半峰宽度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将每个所述单叶片的初始边缘索引值平移预设数量的采样点，得到所述单叶片的确定边缘索引值的步骤，包括：
将每个单叶片的初始边缘索引值减去预设平移值，得到所述单叶片的确定边缘索引值，其中，所述预设平移值小于或者等于所述初始边缘索引值之间的采样点总数的一半。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值的步骤之后，所述方法还包括：
利用所述单叶片的峰峰值，计算所述叶尖间隙值。
4.一种叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收叶尖间隙的原始采样信号；
分割模块，用于从所述原始采样信号中分割出多个单叶片波形；
拟合模块，用于利用基准可变的高斯函数，对每个所述单叶片波形进行拟合，得到每个单叶片的峰峰值；
所述装置执行如权利 要求1-3中任一所述的叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法。
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述权利要求1-3中任一项所述的叶尖间隙信号处理过程中的峰峰值获取方法。
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