CN113932914B - 一种振动测量通道方向修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动测量通道方向修正方法，属于测量技术领域，用于解决多次振动试验中振动测量方向无法修正的问题。方法为：首次试验时，连接被测设备、振动传感器及测量设备，将测量设备测量通道对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向；执行任务并获取振动测量通道的振动响应数据；非首次试验时，重新连接被测设备、振动传感器及测量设备，重复执行所述任务并获取振动响应数据；任选一个振动测量通道作为基准通道、再任选一个作为对比通道，建立基准通道与对比通道的匹配关系；若匹配的基准通道与对比通道是同一通道，不修正该振动测量通道的方向，否则，将本次试验时该对比通道的方向修正为首次试验时该基准通道的方向。
Description
技术领域
本发明涉及振动测量技术领域，尤其涉及一种振动测量通道方向修正方法。
背景技术
现有技术中，经常使用两向或三向振动传感器对被测设备进行振动测量，从而获得被测设备在振动环境下各方向的振动响应数据，为振动适应性改进提供数据支持，该方法在设备研制时已被广泛使用。
被测设备、振动传感器及测量设备的安装示意图如图1所示，被测设备、振动传感器及测量设备依次连接。以三向振动传感器为例，被测设备包括X、Y、Z三个振动测量方向，振动传感器包括X、Y、Z三个安装方向，测量设备包括三个振动测量通道；其中，被测设备、振动传感器的坐标轴相互独立，二者的坐标轴正交、但不同。由于二向或三向传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间的对应关系不唯一，多次振动试验时，经常出现测量设备的振动测量通道的振动测量通道方向与振动响应数据不匹配的错误，即，发生了振动响应数据的振动测量方向混淆的错误。图2为三次振动试验中同一振动测量通道采集的振动响应数据对应的振动功率谱密度曲线，其中，第二次结果对应的功率谱密度曲线就是振动响应数据的振动测量方向混淆的结果，其响应趋势与其他几次测量试验结果存在明显差异。
因此，在每次进行振动测量之前，都首先需要确定测量设备的振动测量通道、振动传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间的对应关系。但在实际工作中，由于确认工作需要辗转多个场地，流程繁琐，若每次振动试验均进行方向对应关系梳理，提高了工作成本。
此外，在多次振动试验中，若识别出本次振动试验时的振动测量通道方向识别错误，还需要对振动测量方向进行修正。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种振动测量通道方向修正方法，用以解决现有两向或三向振动传感器测量时存在的振动测量方向容易混淆且无法修正的问题。
本发明公开了一种振动测量通道方向修正方法，包括：
首次振动试验时，连接被测设备、振动传感器及测量设备，获取测量设备每个振动测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向；执行振动测量任务，获取每个振动测量通道的振动响应数据；所述振动传感器为双向或三向振动传感器；
非首次振动试验时，重新连接被测设备、振动传感器及测量设备，重复执行所述振动测量任务，获取每个振动测量通道的振动响应数据；
从所有振动测量通道中任选一个作为基准通道、再任选一个作为对比通道，若基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求，则该基准通道与对比通道匹配；建立得到所有基准通道与对比通道之间的一一匹配关系；
若匹配的基准通道与对比通道是同一振动测量通道，该振动测量通道的方向无需修正，否则，将本次振动测量试验时该对比通道的方向修正为首次振动测量试验时该基准通道的方向。
在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：
进一步，还包括：
获取到非首次振动试验的每个振动测量通道的振动响应数据后，先判断各振动测量通道的振动响应数据是否重复，若重复，则重新获取非首次振动试验的每个振动测量通道的振动响应数据，直至各振动测量通道的振动响应数据不重复；
然后，构建所有基准通道与对比通道之间的一一匹配关系。
进一步，通过以下方式判断基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据是否满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求：
处理首次与本次振动响应数据，获取振动频率范围内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线；
基于首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，得到振动频率范围对应的一致性评价参数；
若振动频率范围对应的一致性评价参数在预设的评价指标范围内，则满足所述一致性要求；否则，不满足所述一致性要求。
进一步，还通过以下方式判断基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据是否满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求：
处理首次与本次振动响应数据，获取振动频率范围内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线；
基于首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，得到振动频率范围对应的一致性评价参数；
将被测设备的振动频率范围拆分成若干段，得到若干个振动频段；获取每个振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，以及每个振动频段对应的一致性评价参数；
若振动频率范围、每个振动频段对应的一致性评价参数均在预设的评价指标范围内，满足所述一致性要求；否则，不满足所述一致性要求。
进一步，根据公式(1)得到一致性评价参数E：
E＝Sz*Q/Sz1 (1)
当计算振动频率范围对应的一致性评价参数时，Sz1、Sz分别表示首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的方差，Q表示首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值的比值；
当计算振动频段内对应的一致性评价参数时，Sz1、Sz分别表示该振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的方差，Q表示该振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值的比值。
进一步，预设的评价指标范围为0.95～1.05。
进一步，所述振动传感器的安装方向的数量、被测设备的振动测量方向的数量，以及测量设备的振动测量通道的数量均相等。
进一步，获取测量设备每个测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向，包括：
根据被测设备和振动传感器的坐标系，并对照被测设备和振动传感器的连接关系，记录振动传感器的每个安装方向与被测设备的每个振动测量方向之间的对应关系；
对照振动传感器与测试设备的连接关系，记录测量设备的每个振动测量通道与振动传感器的每个安装方向之间的对应关系，根据上述两个对应关系，确定测量设备的每个振动测量通道与被测设备的振动测量方向的对应关系，并将与每个振动测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向。
进一步，所述振动测量任务为通过振源对所述被测设备施加振动激励，使所述被测设备处于振动状态。
进一步，所述振动传感器的振动测量频率范围覆盖所述被测设备的振动频率范围。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
本发明提供的振动测量通道方向修正方法，对于采用两向或三向振动传感器进行的多次振动试验，第一次提出了基于基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据的振动功率谱密度曲线、首次振动试验时确定的振动测量通道方向相结合，用于实现振动测量通道方向修正的方法。
采用该方法，对于非首次振动试验，可以不必再进行振动传感器与被测设备在方向上的一一对应，即可准确识别本次振动测量通道方向是否与首次振动试验的振动测量通道方向是否一致，还可以对识别错误的振动测量通道的方向进行修正，有效避免了振动响应数据对应的振动测量通道方向误判造成的风险。
该方法有效解决了每次振动试验均需确定振动传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间对应关系的问题，有效简化了振动试验过程，能够成功避免振动响应数据方向误判，其成果可推广至各种多轴振动测量场景中。通过采用本实施例中的方法，既提高了振动测量方向识别精度，又降低了工作实施复杂度，提高了数据分析自动化程度。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为被测设备、振动传感器及测量设备连接关系示意图；
图2为多次振动测量得到的振动响应数据对应的功率谱密度曲线示意图；
图3为本发明实施例中的振动测量通道方向修正方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种振动测量通道方向修正方法，流程图如图3所示，包括以下步骤：
步骤S1：首次振动试验时，连接被测设备、振动传感器及测量设备，获取测量设备每个振动测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向；执行振动测量任务，获取每个振动测量通道的振动响应数据；所述振动传感器为双向或三向振动传感器；
步骤S2：非首次振动试验时，重新连接被测设备、振动传感器及测量设备，重复执行所述振动测量任务，获取每个振动测量通道的振动响应数据；
步骤S3：从所有振动测量通道中任选一个作为基准通道、再任选一个作为对比通道，若基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求，则该基准通道与对比通道匹配；建立得到所有基准通道与对比通道之间的一一匹配关系；
步骤S4：若匹配的基准通道与对比通道是同一振动测量通道，该振动测量通道的方向无需修正，否则，将本次振动测量试验时该对比通道的方向修正为首次振动测量试验时该基准通道的方向。
与现有技术相比，本发明实施例中提供的振动测量通道方向修正方法，仅需在首次试验时将被测设备的振动测量方向作为振动测量通道的方向，而在非首次试验时，直接根据采集到的振动响应数据即可判断振动测量通道方向是否需要修正、以及如何修正，从而能够快速确认非首次测量时的振动测量方向是否发生混淆，还提供了发生混淆时的修正方式。该方法能够有效降低振动测量的工作成本，减轻测量压力。
优选地，在执行步骤S3之前，还可以包括：
获取到非首次振动试验的每个振动测量通道的振动响应数据后，先判断各振动测量通道的振动响应数据是否重复，若重复，则重新获取非首次振动试验的每个振动测量通道的振动响应数据，直至各振动测量通道的振动响应数据不重复；
然后，构建所有基准通道与对比通道之间的一一匹配关系。
以保证构建匹配关系时的数据不存在重复。
在步骤S1中，连接被测设备、振动传感器及测量设备，包括：
将振动传感器的各安装方向上的输入端口与被测设备的各振动测量方向一一对应连接；将振动传感器的各安装方向上的输出端口与测量设备的各振动测量通道一一对应连接；所述振动传感器的振动传感器的安装方向的数量、被测设备的振动测量方向的数量，以及测量设备的振动测量通道的数量均相等。
在步骤S1中，获取测量设备每个测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向，包括：
根据被测设备和振动传感器的坐标系，并对照被测设备和振动传感器的连接关系，记录振动传感器的每个安装方向与被测设备的每个振动测量方向之间的对应关系；
对照振动传感器与测试设备的连接关系，记录测量设备的每个振动测量通道与振动传感器的每个安装方向之间的对应关系，根据上述两个对应关系，确定测量设备的每个振动测量通道与被测设备的振动测量方向的对应关系，并将被测设备的振动测量方向作为振动测量通道的方向。
通过以上操作，可以确定测量设备的振动测量通道、振动传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间的对应关系。由于测量设备的振动测量通道、振动传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间的对应关系已经通过与实物对比确认，因此，可以认为首次振动试验中的振动测量通道方向是准确的，若基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求，则该基准通道与该对比通道匹配。
示例性地，测量设备的振动测量通道、振动传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间的对应关系如表1所示。
表1测量设备的振动测量通道、振动传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间的对应关系
根据表1可以明确：
测量设备的1通道对应被测设备的Y振动测量方向上的振动响应数据，即，1通道的振动测量方向为Y方向；
测量设备的2通道对应被测设备的Z振动测量方向上的振动响应数据，即，2通道的振动测量方向为Z方向；
测量设备的3通道对应被测设备的X振动测量方向上的振动响应数据，即，3通道的振动测量方向为X方向。
优选地，执行振动试验时，振动传感器安装在被测设备的振动测量点处。具体地，先在被测设备上布置振动测量点，然后，采用螺接或者粘贴的方式将多向振动传感器安装在被测设备的振动测量点处，并通过导线连接被测设备、振动传感器及测量设备。
实施本实施例的方案时，需保证首次振动试验和非首次振动试验时振动传感器安装在同一振动测量点处，由此采集的振动响应数据反应了被测设备在同一振动测量点处的振动情况。考虑到振动测量应反映被测设备安装位置附近的振动输入量级，振动测量点优选以下布置位置：被测设备上刚度较好的部位，或者，被测设备上安装支架的位置。同时，在工程实践中，振动传感器的振动测量频率范围应覆盖被测设备的振动频率范围。被测设备的振动频率范围一般在10Hz～2000Hz之间。优选地，测量设备中各振动测量通道的采样频率应大于8000Hz，滤波方式采用低通滤波，滤波频率≥2000Hz，滤波频率一般不高于5000Hz。
每次振动试验所执行的振动测量任务均相同，具体地，振动测量任务为通过振源对所述被测设备施加振动激励，使被测设备处于振动状态。被测设备的振动状态是指被测设备在进行振动测量时所处的振动状态，如，对于发动机，可分为主发动机工作状态、辅助发动机工作状态及发动机不工作状态等；对于机载设备，可分为飞机滑跑状态、飞机平飞状态及飞机转弯状态等；对于车载设备，可分为高速公路行驶状态、土路碎石路行驶状态及过减速带状态等。
在步骤S3中，可采样以下两种方式判断是否满足功率谱密度曲线变化趋势一致性要求：
方式一：
1)处理首次与本次振动响应数据，获取振动频率范围(被测设备)内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线；
2)基于首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，得到振动频率范围对应的一致性评价参数；
3)若振动频率范围对应的一致性评价参数在预设的评价指标范围内，则满足所述一致性要求；否则，不满足所述一致性要求。
方式二：
1)处理首次与本次振动响应数据，获取振动频率范围内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线；
2)基于首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，得到振动频率范围对应的一致性评价参数；
3)将被测设备的振动频率范围拆分成若干段，得到若干个振动频段；获取每个振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，以及每个振动频段对应的一致性评价参数；
4)若振动频率范围、每个振动频段对应的一致性评价参数均在预设的评价指标范围内，满足所述一致性要求；否则，不满足所述一致性要求。
其中，对于方式一，其优势是：只需计算一个一致性评价参数，计算速度较快。但是，若振动功率谱密度曲线在不同振动频点上的密度值的波动较大，该一致性评价参数的可靠性容易降低。对于方式二，其优势是，对振动频率范围进行了拆分，通过对每一振动频段分别进行分析，能所得到每一振动频段的一致性评价参数的可靠性较高，一致性要求是否满足的准确度也较高。但是，由于涉及多个一致性评价参数的计算，该方式的计算速度相对较慢。实际工程实现时，可以根据具体的应用场景进行选择。
优选地，预设的评价指标范围为0.95～1.05。
在上述两种方式中，均根据以下公式得到一致性评价参数E：
E＝Sz*Q/Sz1 (1)
当计算振动频率范围对应的一致性评价参数时，Sz1、Sz分别表示首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的方差，Q表示首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值的比值；当计算振动频段内对应的一致性评价参数时，Sz1、Sz分别表示该振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的方差，Q表示该振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值的比值。
以振动传感器为两向振动传感器，对步骤S3-S4的执行过程进行如下说明：
两向振动传感器包括两个振动测量通道：振动测量通道1、振动测量通道2；
将振动测量通道1、振动测量通道2分别作为基准通道1、基准通道2，还将振动测量通道1、振动测量通道2分别作为对比通道1、对比通道2；通过进行一致性要求分析，可以得到以下两种匹配关系：
(1)测量通道1与对比通道1匹配，测量通道2与对比通道2匹配；
此时，由于基准通道1与对比通道1均为振动测量通道1、基准通道2与对比通道2均为振动测量通道2，因此，振动测量通道1、振动测量通道2的方向均无需修正；
(2)测量通道1与对比通道2匹配，测量通道2与对比通道1匹配；
此时，将本次振动测量试验时该对比通道2(即振动测量通道2)的方向修正为首次振动测量试验时该基准通道1(振动测量通道1)的方向；
将本次振动测量试验时该对比通道1(即振动测量通道1)的方向修正为首次振动测量试验时该基准通道2(振动测量通道2)的方向。
三向振动传感的匹配关系及修正过程可参考上述过程，此处不再赘述。
综上，本实施例提供的振动测量通道方向修正方法，对于采用两向或三向振动传感器进行的多次振动试验，第一次提出了基于基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据的振动功率谱密度曲线、首次振动试验时确定的振动测量通道方向相结合，用于实现振动测量通道方向修正的方法。
采用该方法，对于非首次振动试验，可以不必再进行振动传感器与被测设备在方向上的一一对应，即可准确识别本次振动测量通道方向是否与首次振动试验的振动测量通道方向是否一致，还可以对识别错误的振动测量通道的方向进行修正，有效避免了振动响应数据对应的振动测量通道方向误判造成的风险。
此外，该方法有效解决了每次振动试验均需确定振动传感器的安装方向与被测设备的振动测量方向之间对应关系的问题，有效简化了振动试验过程，能够成功避免振动响应数据方向误判，其成果可推广至各种多轴振动测量场景中。通过采用本实施例中的方法，既提高了振动测量方向识别精度，又降低了工作实施复杂度，提高了数据分析自动化程度。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种振动测量通道方向修正方法，其特征在于，包括：
首次振动试验时，连接被测设备、振动传感器及测量设备，获取测量设备每个振动测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向；执行振动测量任务，获取每个振动测量通道的振动响应数据；所述振动传感器为双向或三向振动传感器；
非首次振动试验时，重新连接被测设备、振动传感器及测量设备，重复执行所述振动测量任务，获取每个振动测量通道的振动响应数据；
从所有振动测量通道中任选一个作为基准通道、再任选一个作为对比通道，若基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求，则该基准通道与对比通道匹配；建立得到所有基准通道与对比通道之间的一一匹配关系；
若匹配的基准通道与对比通道是同一振动测量通道，该振动测量通道的方向无需修正，否则，将本次振动测量试验时该对比通道的方向修正为首次振动测量试验时该基准通道的方向。
2.根据权利要求1所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，还包括：
获取到非首次振动试验的每个振动测量通道的振动响应数据后，先判断各振动测量通道的振动响应数据是否重复，若重复，则重新获取非首次振动试验的每个振动测量通道的振动响应数据，直至各振动测量通道的振动响应数据不重复；
然后，构建所有基准通道与对比通道之间的一一匹配关系。
3.根据权利要求1所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，通过以下方式判断基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据是否满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求：
处理首次与本次振动响应数据，获取振动频率范围内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线；
基于首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，得到振动频率范围对应的一致性评价参数；
若振动频率范围对应的一致性评价参数在预设的评价指标范围内，则满足所述一致性要求；否则，不满足所述一致性要求。
4.根据权利要求1所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，还通过以下方式判断基准通道的首次振动响应数据与对比通道的本次振动响应数据是否满足振动功率谱密度曲线变化趋势一致性要求：
处理首次与本次振动响应数据，获取振动频率范围内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线；
基于首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，得到振动频率范围对应的一致性评价参数；
将被测设备的振动频率范围拆分成若干段，得到若干个振动频段；获取每个振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值及方差，以及每个振动频段对应的一致性评价参数；
若振动频率范围、每个振动频段对应的一致性评价参数均在预设的评价指标范围内，满足所述一致性要求；否则，不满足所述一致性要求。
5.根据权利要求3或4所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，根据公式(1)得到一致性评价参数E：
E＝Sz*Q/Sz1 (1)
当计算振动频率范围对应的一致性评价参数时，Sz1、Sz分别表示首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的方差，Q表示首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值的比值；
当计算振动频段内对应的一致性评价参数时，Sz1、Sz分别表示该振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的方差，Q表示该振动频段内首次与本次振动试验的振动功率谱密度曲线的均值的比值。
6.根据权利要求3或4所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，预设的评价指标范围为0.95～1.05。
7.根据权利要求1所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，所述振动传感器的安装方向的数量、被测设备的振动测量方向的数量，以及测量设备的振动测量通道的数量均相等。
8.根据权利要求7所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，获取测量设备每个测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向，包括：
根据被测设备和振动传感器的坐标系，并对照被测设备和振动传感器的连接关系，记录振动传感器的每个安装方向与被测设备的每个振动测量方向之间的对应关系；
对照振动传感器与测试设备的连接关系，记录测量设备的每个振动测量通道与振动传感器的每个安装方向之间的对应关系，根据上述两个对应关系，确定测量设备的每个振动测量通道与被测设备的振动测量方向的对应关系，并将与每个振动测量通道相对应的被测设备的振动测量方向作为该振动测量通道的方向。
9.根据权利要求1所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，所述振动测量任务为通过振源对所述被测设备施加振动激励，使所述被测设备处于振动状态。
10.根据权利要求3或4所述的振动测量通道方向修正方法，其特征在于，所述振动传感器的振动测量频率范围覆盖所述被测设备的振动频率范围。
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