WO2021208125A1 - 一种旋转叶片五维度振动的测量方法和测量装置 - Google Patents

一种旋转叶片五维度振动的测量方法和测量装置 Download PDF

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WO2021208125A1
WO2021208125A1 PCT/CN2020/086268 CN2020086268W WO2021208125A1 WO 2021208125 A1 WO2021208125 A1 WO 2021208125A1 CN 2020086268 W CN2020086268 W CN 2020086268W WO 2021208125 A1 WO2021208125 A1 WO 2021208125A1
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王维民
张旭龙
张登鹏
户东方
陈康
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北京化工大学
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Abstract

一种旋转叶片五维度振动的测量方法，通过待测叶片未发生待监测振动时的第一到达时刻、第二到达时刻和第一键相时刻，以及发生待监测振动时的第三到达时刻和第二键相时刻，可以得到待测叶片未发生待监测振动时的振动恒偏量和发生待监测振动时的振动偏移量，再结合获取到的待测叶片上的第一预设测点坐标，可以得到待测叶片发生待监测振动时的实际测点坐标，并结合待测叶片未发生待监测振动时的原始位置点坐标，最终得到待测叶片在五种待监测振动维度下的振动参数。该方法可提高旋转叶片振动测量结果的计算精度，对于旋转叶片运行状态的全面感知和旋转叶片振动情况的准确评估具有重要意义。还提供一种旋转叶片五维度振动的测量装置。

Description

一种旋转叶片五维度振动的测量方法和测量装置 技术领域
本申请涉及旋转叶片振动测量技术领域，尤其是涉及一种旋转叶片五维度振动的测量方法和测量装置。
背景技术
旋转叶片是涡轮机的核心部件，容易发生振动，对旋转叶片的振动测量是很有必要的，通过测量旋转叶片的振动位移，可以达到故障预警的目的。
现有技术对于旋转叶片的振动测量大多数只在考虑叶片弯曲维度下获取叶片的叶尖振动信息，通过叶尖振动的振幅与频率等参数来反映叶片的振动状况，同时认为叶尖计时传感器测点相对于叶尖的位置在叶片旋转过程中的动态情况是固定的，但实际涡轮机运行过程中叶片的振动包括多种情况，因此，这种振动测量方法获得的叶片振动参数是不全面、不准确的。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种旋转叶片五维度振动的测量方法和测量装置，以便对旋转叶片在五种维度振动下的振动参数进行测量，提高旋转叶片振动测量结果的计算精度。
第一方面，本申请实施例提供了一种旋转叶片五维度振动的测量方法，所述测量方法包括：
采集待测叶片未发生待监测振动时经过第一测量位置的第一到达时刻、经过第二测量位置的第二到达时刻和所述待测叶片所属转子上的键相标记经过键相监测位置的第一键相时刻，以及所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第三到达时刻和所述键相标记经过所述键相监测位置的第二键相时刻；
基于所述第一到达时刻和所述第二到达时刻，确定未发生待监测振动时，所述待测叶片经过所述第二测量位置时相对于经过所述第一测量位置时的振动恒偏量；
获取所述待测叶片在未发生待监测振动经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标；
基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量；
基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标；
分别获取在五种待监测振动维度下，与所述实际监测点对应的、当所述待测叶片未发生待监测振动时所述待测叶片上的原始位置点，以及所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标，并根据所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述待测叶片在每种所述待监测振动维度下的振动参数，其中，五种待监测振动维度包括轴向移动维度、弯曲维度、倾斜维度、偏移维度和扭转维度，所述振动参数包括振动位移参数和/或振动角度参数。
优选地，在所述获取所述待测叶片经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标之前，所述振动测量方法还包括：
以所述待测叶片的旋转方向为第一方向，以所述待测叶片的轴向方向为第二方向，构建叶尖轮廓坐标系，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；
基于从待测叶片模型获取的待测叶片的多个叶尖轮廓坐标点，在所述叶尖轮廓坐标系中拟合得到所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程。
优选地，所述基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量，包括：
获取所述待测叶片未发生待监测振动时的叶尖线速度、叶尖半径，以及待测叶片与第二测量位置之间的第二实际夹角；
基于所述第二到达时刻、所述第一键相时刻，所述叶尖半径，所述叶尖线速度，以及所述第二实际夹角，确定所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第一振动位移；
基于所述第三到达时刻、所述第二键相时刻，所述叶尖半径，所述叶尖线速度，以及所述第二实际夹角，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第二振动位移；
基于所述第一振动位移和所述第二振动位移，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量。
优选地，所述基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标，包括：
基于所述振动恒偏量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片在未发生待监测振动时经过所述第二测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第二预设测点坐标；
基于所述第二预设测点坐标和所述振动偏移量，确定所述待测叶片在发生待监测振动时经过所述第二测量位置时实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标。
优选地，当待监测振动维度为轴向移动维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动参数：
基于所述实际监测点的实际测点坐标的横坐标，确定所述实际监测点的横坐标为所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标；
基于所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标和所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的纵坐标；
确定所述实际监测点的纵坐标与所述原始位置点的纵坐标的差值为所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动位移参数。
优选地，当待监测振动维度为弯曲维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动参数：
预测所述待测叶片的弯曲振动方向与旋转方向的夹角；
基于所述实际测点坐标、所述夹角以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动位移参数。
优选地，当待监测振动维度为倾斜维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动参数：
获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
基于所述第一直线的斜率，确定垂直于所述第一直线的第二直线的斜率；
基于所述第二直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动位移参数。
优选地，当待监测振动维度为偏移维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述偏移维度下的振动参数：
获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
基于所述第一直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述偏移维度下的振动位移参数。
优选地，当待监测振动维度为扭转维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述扭转维度下的振动参数：
获取待测叶片在第一子测量位置下的第一子预设测点坐标，与所述第一子预设测点坐标对应的第一振动偏移量，并获取待测叶片在第二子测量位置下的第二子预设测点坐标，与所述第二子预设测点坐标对应的第二振动偏移量，其中，所述第二测量位置包括第一子测量位置和第二子测量位置，所述第一子测量位置和所述第二子测量位置位于预先构建的叶尖轮廓坐标系中的不同轴向位置；
基于所述第一子预设测点坐标和所述第一振动偏移量，确定与所述第一子预设测点坐标对应的第一子实际测点坐标，基于所述第二子预设测点坐标和所述第二振动偏移量，确定与所述第二子预设测点坐标对应的第二子实际测点坐标；
基于所述第一子预设测点坐标和所述第二子预设测点坐标，所述第一子实际测点坐标和所述第二子实际测点坐标，确定连接所述第一子预设测点和所述第二子预设测点的预设直线与连接所述第一子实际测点和所述第二子实际测点的实际直线之间的理想扭转角；
基于待测叶片模型以及所述第一子测量位置和第二子测量位置的轴向位置，确定所述理想扭转角与实际扭转角之间的相关度；
基于所述理想扭转角，以及所述理想扭转角与所述实际扭转角之间的相关度，确定所述实际扭转角为所述待测叶片在所述扭转维度下的振动角度参数。
第二方面，本申请实施例提供了一种旋转叶片五维度振动的测量装置，所述测量装置包括：
数据采集模块，用于采集待测叶片未发生待监测振动时经过第一测量位置的第一到达时刻、经过第二测量位置的第二到达时刻和所述待测叶片所属转子上的键相标记经过键相监测位置的第一键相时刻，以及所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第三到达时刻和所述键相标记经过所述键相监测位置的第二键相时刻；
恒偏量确定模块，用于基于所述第一到达时刻和所述第二到达时刻，确定未发生待监测振动时，所述待测叶片经过所述第二测量位置时相对于经过所述第一测量位置时的振动恒偏量；
坐标获取模块，用于获取所述待测叶片在未发生待监测振动经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标；
偏移量确定模块，用于基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量；
实际测点坐标确定模块，用于基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标；
参数确定模块，用于分别获取在五种待监测振动维度下，与所述实际监测点对应的、当所述待测叶片未发生待监测振动时所述待测叶片上的原始位置点，以及所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标，并根据所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述待测叶片在每种所述待监测振动维度下的振动参数，其中，五种待监测振动维度包括轴向移动维度、弯曲维度、倾斜维度、偏移维度和扭转维度，所述振动参数包括振动位移参数或振动角度参数。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上所述的旋转叶片五维度振动的测量方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上所述的旋转叶片五维度振动的测量方法的步骤。
本申请实施例提供了一种旋转叶片五维度振动的测量方法及测量装置，与现有技术中的只考虑叶片在弯曲维度下获取叶片的叶尖振动信息，并通过叶尖振动的振幅与频率等参数来反映叶片的振动状况相比，本申请便于对旋转叶片在五种维度振动下的振动参数进行测量，提高旋转叶片振动测量结果的计算精度，对于旋转叶片运行状态的全面感知和旋转叶片振动情况的准确评估具有重要意义。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种各传感器在旋转叶片上的位置示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种旋转叶片五维度振动的测量方法的流程图；
图3为本申请实施例所提供的一种预先构建的叶尖轮廓坐标系的示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种叶尖轮廓曲线方程的拟合示意图；
图5为本申请实施例所提供的一种旋转叶片在轴向移动维度下的振动示意图；
图6为本申请实施例所提供的一种旋转叶片在弯曲维度下的振动示意图；
图7为本申请实施例所提供的一种旋转叶片在倾斜维度下的振动示意图；
图8为本申请实施例所提供的一种旋转叶片在偏移维度下的振动示意图；
图9为本申请实施例所提供的一种旋转叶片在扭转维度下的振动示意图；
图10为本申请实施例所提供的一种旋转叶片五维度振动的测量装置的结构示意图；
图11为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1中所示，S i代表第i个叶尖计时传感器，当i＝1时，S 1表示第一个叶尖计时传感器，本申请将第一个叶尖计时传感器定义为第一测量位置，第一测量位置相当于基准位置；当i>1时，S 2表示第2个叶尖计时传感器，S 3表示第3个叶尖计时传感器，S 4、S 5…依次类推，但本申请将第i个叶尖计时传感器，i>1，全部定义为第二测量位置，即第二测量位置中包括多个子测量位置，每个子测量位置代表一个叶尖计时传感器所处的位置。
本申请实施例以设置一个键相传感器和多个叶尖计时传感器为例，但不仅仅局限于此，只设置一个键相传感器和两个不同轴向位置的叶尖计时传感器，然后改变测量位置，也能够实现本申请的技术效果。
如图2中所示，本申请实施例提供的旋转叶片五维度振动的测量方法包括：
S210、采集待测叶片未发生待监测振动时经过第一测量位置的第一到达时刻、经过第二测量位置的第二到达时刻和所述待测叶片所属转子上的键相标记经过键相监测位置的第一键相时刻，以及所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第三到达时刻和所述键相标记经过所述键相监测位置的第二键相时刻。
本申请实施例中，待测叶片为旋转叶片的多个叶片中的任意一个；第一测量位置等同于第1个叶尖计时传感器的位置，而第1个叶尖计时传感器的位置也称为基准位置；第二测量位置包括多个子位置，包括所有叶尖计时传感器中除了第一个叶尖计时传感器 之外的其他任意一个叶尖计时传感器的位置；键相监测位置等同于键相传感器的位置，其中，键相传感器设置在旋转叶片所属的转子上，例如驱动轴上或者轮盘上，在采集第一键相时刻和第二键相时刻时，应用了键相传感器。进而，第1个叶尖计时传感器采集第一到达时刻，第i个叶尖计时传感器采集第二到达时刻，其中，i大于1。
S220、基于所述第一到达时刻和所述第二到达时刻，确定未发生待监测振动时，所述待测叶片经过所述第二测量位置时相对于经过所述第一测量位置时的振动恒偏量。
本申请实施例中，获取待测叶片未发生待监测振动时的叶尖线速度、叶尖半径、第一测量位置与第二测量位置之间的预设位置夹角、待测叶片与第一测量位置之间的第一理论夹角，以及待测叶片与第二测量位置之间的第二理论夹角；具体地，待测叶片未发生待监测振动时的叶尖线速度可以通过键相传感器间接获取，叶尖半径为叶片的叶尖和旋转轴的中心点之间的距离，第一测量位置与第二测量位置之间的预设位置夹角即为第1个叶尖计时传感器和第i个叶尖计时传感器之间的夹角，第一理论夹角为待测叶片与第1个叶尖计时传感之间的夹角，第二理论夹角也为待测叶片与第i个叶尖计时传感之间的夹角，其中，i大于1。
进一步地，基于第一到达时刻、第二到达时刻、第一键相时刻，叶尖线速度以及叶尖半径，确定待测叶片与第一测量位置之间的第一实际夹角，以及待测叶片与第二测量位置之间的第二实际夹角。
通过如下公式计算待测叶片与第一测量位置之间的第一理论夹角：
Figure PCTCN2020086268-appb-000001
通过如下公式计算待测叶片与第二测量位置之间的第二理论夹角：
Figure PCTCN2020086268-appb-000002
通过如下公式计算待测叶片与第一测量位置之间的第一实际夹角：
Figure PCTCN2020086268-appb-000003
通过如下公式计算待测叶片与第二测量位置之间的第二实际夹角：
Figure PCTCN2020086268-appb-000004
其中，i>1，
Figure PCTCN2020086268-appb-000005
表示所述第一实际夹角，
Figure PCTCN2020086268-appb-000006
表示所述第一理论夹角，
Figure PCTCN2020086268-appb-000007
表示所述第二实际夹角，
Figure PCTCN2020086268-appb-000008
表示所述第二理论夹角，t 1b1表示所述第一到达时刻，t ib2表示所述第二到达时刻，t OPR1表示所述第一键相时刻，v OPR表示所述叶尖线速度，R表示所述叶尖半径，β 1为键相标记到达键相监测位置时，第1个通过第一测量位置的叶片与键相标记之间的夹角，α O1表示所述第一测量位置与所述键相监测位置之间的夹角，α 1i表示所述第一测量位置与所述第二测量位置之间的预设位置夹角，n b表示旋转叶片的全部叶片数量，b表示所述待测叶片的标号。
本申请实施例中，基于第一理论夹角和第一实际夹角，以及第二理论夹角和第二实 际夹角，确定待测叶片分别与第一测量位置和第二测量位置之间的第一偏差角和第二偏差角；具体地，将第一理论夹角和第一实际夹角做差即可得到第一偏差角，将第二理论夹角和第二实际夹角做差即可得到第二偏差角。
最后，基于第一到达时刻、第二到达时刻、叶尖线速度、叶尖半径、预设位置夹角、第一偏差角和第二偏差角，确定待测叶片未发生待监测振动时，待测叶片经过第二测量位置时相对于经过第一测量位置时的振动恒偏量。
进而，通过以下公式计算振动恒偏量：
Figure PCTCN2020086268-appb-000009
其中，DC 1表示振动恒偏量，t ib2表示待测叶片未发生待监测振动时经过第二测量位置的第二到达时刻，t 1b1表示待测叶片未发生待监测振动时经过第一测量位置的第一到达时刻，v OPR表示待测叶片发生待监测振动时的叶尖线速度，α 1i表示第一测量位置与第二测量位置之间的预设位置夹角，
Figure PCTCN2020086268-appb-000010
表示待测叶片与第二测量位置之间的第二偏差角，
Figure PCTCN2020086268-appb-000011
表示待测叶片与第一测量位置之间的第一偏差角。
S230、以所述待测叶片的旋转方向为第一方向，以所述待测叶片的轴向方向为第二方向，构建叶尖轮廓坐标系，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
如图3所示，叶片的叶尖轮廓线包括前缘和后缘，以及叶背和叶盆，在运用叶尖计时技术测量叶片振动时，叶尖计时传感器的测点位置位于叶背和叶盆的轮廓曲线上，通常以叶尖计时传感器的测点位置到达叶盆轮廓曲线时的时刻作为叶片的到达时间。以轴向方向(垂直于叶片的旋转平面方向)作为Y轴，以叶片的旋转方向作为X轴，以叶背轮廓曲线的起始位置和终止位置分别作为X轴和Y轴的截距点，建立叶尖轮廓坐标系。
S240、基于从待测叶片模型获取的待测叶片的多个叶尖轮廓坐标点，在所述叶尖轮廓坐标系中拟合得到所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程。
基于所述叶尖轮廓坐标系和所述叶尖轮廓坐标点，计算待测叶片在所述叶尖轮廓坐标系中的方程，即利用多项式拟合出叶尖轮廓曲线方程，其中，叶尖轮廓曲线方程包括叶背轮廓曲线方程和叶盆轮廓曲线方程；
其中，所述叶尖轮廓曲线方程表示为：
y＝f(x)；
具体的，所述叶背轮廓曲线方程表示为：
y back＝a nx n+a n-1x n-1+a n-2x n-2+…+a 1x+a 0；
所述叶盆轮廓曲线方程表示为：
y basin＝k ix i+k i-1x i-1+k i-2x i-2+…+k 1x+k 0；
当n＝i＝1时，a n＝k i，叶片为直叶片，当n>1，i>1时，叶片为扭转片。
拟合优度越接近1，拟合结果越可靠，为了使拟合结果能更真实的代表轮廓曲线的形状，数据点应尽可能充足。
具体地，当叶片只沿旋转方向(X轴方向)运动时，叶尖计时传感器相对于叶尖的测点位置是固定时，y back＝y basin；其中，y back和y basin分别为测点在叶背轮廓曲线和叶盆轮廓曲线上的纵坐标，对应的横坐标分别为x back和x basin，则叶片从到达叶尖计时传感器至离开叶尖计时传感器所经历的时间为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000012
其中，ΩR表示旋转叶片的转速。
图3中所示的S 1和S 2分别表示在叶片上的不同轴向位置的两个叶尖计时传感器，S 1和S 2在叶尖的测点位置坐标分别为(x 1，y 1)和(x 2，y 2)，假设叶片未发生待监测振动(平稳旋转)时，S 1测得的到达时间为t 1，则S 2测得的到达时间为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000013
S 1和S 2由于轴向位置不同而引起的同一叶片在同一圈的振动位移测量偏差为：
Δx 21＝(t 2-t 1)ΩR＝x 1-x 2；
因此，对于叶尖轮廓曲线不平行于轴向方向的叶片，其到达时间与测点的轴向位置有关，因此，为了保证测量结果的准确性，必须确定叶尖计时传感器的安装位置，即确定各个叶尖计时传感器相对于叶尖的初始测点位置。
举例而言，如图4所示，拟合得到的叶背轮廓曲线方程为：
y＝0.0004x 4-0.0134x 3+0.1836x 2-1.8162x+12.455；
叶盆叶背轮廓曲线方程为：
y＝0.0002x 4-0.0067x 3+0.0953x 2-1.3612x+13.403；
拟合优度：R 2＝1；确定的第1个叶尖计时传感器的初始测点A的坐标为(11.5036，3.0242)；第2个叶尖计时传感器的初始测点H的坐标为(1.9999，11.0242)；叶盆轮廓曲线与前缘交点的坐标y bmax＝12.832，y bmin＝0.418；叶盆轮廓曲线与后缘交点的坐标，x bmin＝0.409，x bmax＝14.556。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述叶尖轮廓坐标系的建立，本实施例中以最方便的形式建立，实际实现时可以有另外的建立方式，比如以轴向(垂直于叶片旋转平面方向)作为X轴，以旋转方向作为Y轴，以前缘顶点和后缘顶点分别作为X轴和Y轴的截距点；又例如，确定所述叶尖计时传感器的轴向位置时，可以以任何一个叶尖计时传感器的轴向位置为基准位置。另外，本申请中的测量旋转叶片的轴向移动的方法，也可以作为测量涡轮机械转子轴位移的方法。
优选地，当旋转叶片绕着转动轴转动时，叶盘上的每一个叶片在每一时刻的运行状态都在改变，虽然每一时刻的叶片在不断变化，但是预先构建的叶尖轮廓坐标系是不变的，未发生振动时叶尖轮廓曲线方程也是不变的，未发生振动时测点坐标也是不变的，因而任意一个叶片都可以对应在预先构建的叶尖轮廓坐标系上，任意叶片在任意状态下都能在预先构建的叶尖轮廓坐标系上找到未发生振动时的初始位置。
S250、获取所述待测叶片在未发生待监测振动经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标。
本申请实施例中，第一预设测点坐标的获取是在待测叶片未发生待监测振动的时候得到的，其中，采用(x 10，y 10)表示第一预设测点坐标，这样，可以认为第一预设测点坐标是基准坐标，但当待测叶片发生待监测振动时，第一预设测点坐标就会相应的发生改变。
S260、基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量。
本申请实施例中，获取待测叶片未发生待监测振动时的叶尖线速度、叶尖半径，以及待测叶片与第二测量位置之间的第二实际夹角。
基于第二到达时刻、第一键相时刻，叶尖半径，叶尖线速度，以及第二实际夹角，确定待测叶片未发生待监测振动时经过第二测量位置的第一振动位移。
具体地，通过以下公式计算第一振动位移：
Figure PCTCN2020086268-appb-000014
其中，x ib1表示所述第一振动位移，t ib2表示所述第二到达时刻，t OPR1表示所述第一键相时刻，v OPR表示所述叶尖线速度，R表示所述叶尖半径，
Figure PCTCN2020086268-appb-000015
表示所述第二实际夹角。
基于第三到达时刻、第二键相时刻，叶尖半径，叶尖线速度，以及第二实际夹角，确定待测叶片发生待监测振动时经过第二测量位置的第二振动位移。
具体地，通过以下公式计算第二振动位移：
Figure PCTCN2020086268-appb-000016
其中，x ib2表示所述第二振动位移，t ib3表示所述第三到达时刻，t OPR2表示所述第二键相时刻，v OPR表示所述叶尖线速度，R表示所述叶尖半径，
Figure PCTCN2020086268-appb-000017
表示所述第二实际夹角。
基于第一振动位移和第二振动位移，确定待测叶片发生待监测振动时经过第二测量位置相对于未发生待监测振动时经过第二测量位置的振动偏移量，具体地，通过如下公式计算振动偏移量：
Δx ib＝x ib2-x ib1；
其中，x ib1表示所述第一振动位移，x ib2表示所述第二振动位移，Δx ib表示所述振动偏移量。
本申请实施例中，在计算振动偏移量时，为了消除测量噪声的影响，可以先对振动位移进行平滑去噪处理，再计算振动偏移量；也可以直接计算振动偏移量，然后对振动偏移量进行平滑去噪处理，无论采用哪种方法，都能较好的实现对振动偏移量的平滑去噪处理。
S270、基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标。
本申请实施例中，基于所述振动恒偏量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片在未发生待监测振动时经过所述第二测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第二预设测点坐标。
具体地，通过如下公式计算第二预设测点坐标：
Figure PCTCN2020086268-appb-000018
其中，(x i0，y i0)表示第二预设测点坐标，x 10表示待测叶片在第一监测位置时，待测叶片上的监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标的横坐标，y＝f(x)表示待测叶片在预先构建的叶尖轮廓坐标系中拟合得到的叶尖轮廓曲线方程。
基于所述第二预设测点坐标和所述振动偏移量，确定所述待测叶片在发生待监测振动时经过所述第二测量位置时实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标。
具体地，通过如下公式计算实际测点坐标：
Figure PCTCN2020086268-appb-000019
其中，(x d，y d)表示所述实际测点坐标，(x i0，y i0)表示所述第二预设测点坐标，Δx ib表示所述振动偏移量。
S280、分别获取在五种待监测振动维度下，与所述实际监测点对应的、当所述待测叶片未发生待监测振动时所述待测叶片上的原始位置点，以及所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标，并根据所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述待测叶片在每种所述待监测振动维度下的振动参数，其中，五种待监测振动维度包括轴向移动维度、弯曲维度、倾斜维度、偏移维度和扭转维度，所述振动参数包括振动位移参数或振动角度参数。
本申请实施例中，待监测振动维度包括轴向移动维度、弯曲维度、倾斜维度、偏移维度和扭转维度，在不同的待监测振动维度下，计算实际测点坐标的方法相同，但根据实际测点坐标计算原始位置点坐标的方法是不同的；因此，为了准确得到待测叶片在待监测振动维度下的振动参数，需要明确不同的待监测振动维度下的振动参数计算方法。
具体地，轴向移动为旋转叶片沿轴向(垂直于旋转平面的方向)的移动，弯曲为叶片的一阶振动形式，其振动方向可通过有限元分析确定，倾斜为叶片沿垂直于局部轮廓曲线(连接叶片的叶尖前缘和叶尖后缘的直线)方向的移动，扭转为叶片绕平行于叶身纵轴的轴、以叶尖轮廓曲线的某一点为中心发生的旋转，其中，叶尖轮廓曲线可以通过旋转叶片中的任意一个叶片在预先构建的叶尖轮廓坐标系中拟合得到，偏移为叶片沿局 部轮廓曲线(连接叶片的叶尖前缘和叶尖后缘的直线)方向的移动。这五种振动形式均会由于改变测点相对于叶尖轮廓曲线的位置而引起叶片的理论到达时间与实际到达时间的差值。即实际涡轮机运行过程中叶片的振动是多维度的，存在着轴向移动、弯曲、倾斜、偏移和扭转的多重耦合，各运动之间相互关联、相互影响。目前大多数研究只考虑叶片在弯曲维度下的测量，并认为测点相对于叶尖轮廓曲线的位置在叶片旋转过程中是固定的，但是，由于叶片模态响应、转子热膨胀、轴承磨损和在运行过程中的不均匀载荷而引起的除旋转方向以外的轴向移动、弯曲、倾斜、扭转以及偏移将改变测点相对于叶尖轮廓曲线的位置，从而引起测量误差，由此可知，只通过单一的弯曲维度来测量叶片振动信息是不全面、不准确的。
本申请实施例中，当待监测振动维度为轴向移动维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动参数：
基于所述实际监测点的实际测点坐标的横坐标，确定所述实际监测点的横坐标为所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标；
基于所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标和所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的纵坐标；
具体地，当预先构建的叶尖轮廓坐标系的横轴方向为待测叶片的旋转方向，纵轴方向为待测叶片的轴向方向时，待测叶片发生轴向移动后，实际监测点的横坐标与原始位置点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标是相同的；当知道原始位置点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标后，就可以根据预先构建的叶尖轮廓坐标系中的叶尖轮廓曲线方程求出原始位置点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的纵坐标，本实施中均以叶尖计时传感器的测点到达叶盆轮廓曲线时的时刻作为叶片的到达时间，因此用叶尖轮廓曲线方程中的叶盆轮廓曲线方程进行计算。
确定所述实际监测点的纵坐标与所述原始位置点的纵坐标的差值为所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动位移参数。
进而，实际监测点与原始位置点只是在轴向方向上发生了移动，进而，只需要求出实际监测点的纵坐标与所述原始位置点的纵坐标的差值即可确定待测叶片在轴向移动维度下的振动位移参数。
具体地，如图5所示，当待测叶片发生轴向移动时，第i个叶尖计时传感器的第二预设测点位置由A点变为D点，而A点相对于叶尖轮廓曲线的位置移动到了B点，实际监测点D对应未发生轴向移动的叶片上的C点。测点由A点变为D点引起的振动偏移量为Δx ib；拟合得到的叶盆轮廓曲线方程表示为y＝f(x)，第二预设测点A的坐标表示为(x i0，y i0)，则：
实际测点D点的坐标为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000020
原始位置点C点的坐标为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000021
第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生轴向移动时的轴向位移变化量为：
Δy ib＝y d-y c＝y i0-f(x i0+Δx ib)；
但此方法可测量到的轴向位移变化量具有一定的范围，超出这个范围，就无法得到待测叶片在轴向移动维度下的振动位移参数，其中，振动位移参数为轴向位移变化量，且轴向位移变化量的范围为：
y a-y bmax≤Δy ib≤y a-y bmin；
当Δy ib>0时，轴向移动方向为正向(沿预先构建的叶尖轮廓坐标系的Y轴向上)，y bmax表示为叶盆与前缘交点的Y坐标值，y bmin表示为叶盆与后缘交点的Y坐标值，y a表示A点的纵坐标。
本申请实施例中，当待监测振动维度为弯曲维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动参数：
预测所述待测叶片的弯曲振动方向与旋转方向的夹角；
具体地，根据有限元模型预测待测叶片在弯曲维度下的振动方向与旋转方向的夹角。
基于所述实际测点坐标、所述夹角以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
通过夹角可以求出连接实际监测点与原始位置点的直线斜率，进而根据实际监测点的实际测点坐标，求出直线方程式，再结合叶盆轮廓曲线方程，求出原始位置点坐标。
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动位移参数。
具体地，如图6所示，当待测叶片发生弯曲时，第i个叶尖计时传感器的第二预设测点位置由A点变为D点，而A点相对于叶尖轮廓曲线的位置移动到了B点，实际监测点D对应未发生轴向移动的叶片上的C点。测点由A点变为D点引起的振动偏移量为Δx ib；拟合得到的叶盆轮廓曲线方程表示为y＝f(x)，第二预设测点A的坐标表示为(x i0，y i0)，则：
实际测点D点的坐标为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000022
通过有限元模型预测到的待测叶片弯曲振动方向与旋转方向的夹角为θ，所以：k AB＝k CD＝tanθ；
进而，连接实际监测点和原始位置点的直线CD的方程为：
y＝xtanθ-(x i0+Δx ib)tanθ+y i0；
通过如下方程组求出原始位置点C点的坐标：
Figure PCTCN2020086268-appb-000023
第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生弯曲时的弯曲变化量为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000024
其中，Δb ib为第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生弯曲时的弯曲变化量，当x d>x c，y d>y c时，待测叶片的弯曲方向为正向。
本申请实施例中，当待监测振动维度为倾斜维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动参数：
获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
基于所述第一直线的斜率，确定垂直于所述第一直线的第二直线的斜率；
基于所述第二直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
具体地，通过所述实测点坐标和第一直线的斜率，计算出第二直线的斜率，再结合叶盆轮廓曲线方程，求出原始位置点坐标。
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动位移参数。
具体地，如图7所示，当待测叶片发生倾斜时，第i个叶尖计时传感器的第二预设测点位置由A点变为D点，而A点相对于叶尖轮廓曲线的位置移动到了B点，实际监测点D对应未发生轴向移动的叶片上的C点。测点由A点变为D点引起的振动偏移量为Δx ib；拟合得到的叶盆轮廓曲线方程表示为y＝f(x)，第二预设测点A的坐标表示为(x i0，y i0)，则：
实际测点D点的坐标为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000025
基于前缘数据点坐标为(x l，y l)和后缘数据点的坐标为(x t，y t)，连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的直线(叶片局部轮廓曲线)的斜率为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000026
进而，连接实际监测点和原始位置点的直线CD的方程为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000027
通过如下方程组求出原始位置点C点的坐标：
Figure PCTCN2020086268-appb-000028
第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生倾斜时的倾斜变化量为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000029
其中，Δl ib表示第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生倾斜时的倾斜变化量，当当x d>x c，y d>y c时，待测叶片的倾斜方向为正向。
本申请实施例中，当待监测振动维度为偏移维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述偏移维度下的振动参数：
获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
基于所述第一直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述偏移维度下的振动位移参数。
具体地，如图8所示，当待测叶片发生偏移时，第i个叶尖计时传感器的第二预设测点位置由A点变为D点，而A点相对于叶尖轮廓曲线的位置移动到了B点，实际监测点D对应未发生轴向移动的叶片上的C点。测点由A点变为D点引起的振动偏移量为Δx ib；拟合得到的叶盆轮廓曲线方程表示为y＝f(x)，第二预设测点A的坐标表示为(x i0，y i0)，则：
实际测点D点的坐标为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000030
基于前缘数据点坐标为(x l，y l)和后缘数据点的坐标为(x t，y t)，连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的直线(叶片局部轮廓曲线)的斜率为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000031
进而，连接实际监测点和原始位置点的直线CD的方程为：
y＝xtanα-(x i0+Δx ib)tanα+y i0；
通过如下方程组求出原始位置点C点的坐标：
Figure PCTCN2020086268-appb-000032
第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生偏移时的偏移变化量为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000033
其中，Δs ib为第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生偏移时的偏移变化量，当x d<x c，y d>y c时，待测叶片的偏移方向为正向。
本申请实施例中，当待监测振动维度为扭转维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述扭转维度下的振动参数：
获取待测叶片在第一子测量位置下的第一子预设测点坐标，与所述第一子预设测点坐标对应的第一振动偏移量，并获取待测叶片在第二子测量位置下的第二子预设测点坐标，与所述第二子预设测点坐标对应的第二振动偏移量，其中，所述第二测量位置包括第一子测量位置和第二子测量位置，所述第一子测量位置和所述第二子测量位置位于预先构建的叶尖轮廓坐标系中的不同轴向位置；
具体地，第一子测量位置对应着第2个叶尖计时传感器的位置，第二子测量位置对应着第3个叶尖计时传感器的位置。
基于所述第一子预设测点坐标和所述第一振动偏移量，确定与所述第一子预设测点坐标对应的第一子实际测点坐标，基于所述第二子预设测点坐标和所述第二振动偏移量，确定与所述第二子预设测点坐标对应的第二子实际测点坐标；
基于所述第一子预设测点坐标和所述第二子预设测点坐标，所述第一子实际测点坐标和所述第二子实际测点坐标，确定连接所述第一子预设测点和所述第二子预设测点的预设直线与连接所述第一子实际测点和所述第二子实际测点的实际直线之间的理想扭转角；
基于待测叶片模型以及所述第一子测量位置和第二子测量位置的轴向位置，确定所述理想扭转角与实际扭转角之间的相关度；
其中，待测叶片模型为待测叶片在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的模型，所述第一子测量位置和第二子测量位置的轴向位置坐标即为第一子预设测点坐标和第二子预设测点坐标。
进而，在求出理想扭转角后，根据待测叶片模型以及第一子预设测点坐标和第二子预设测点坐标，求出理想扭转角与实际扭转角之间的相关关系，根据理想扭转角与实际扭转角之间的相关关系以及理想扭转角，求出实际扭转角。
基于所述理想扭转角，以及所述理想扭转角与所述实际扭转角之间的相关度，确定所述实际扭转角为所述待测叶片在所述扭转维度下的振动角度参数。
具体地，如图9所示，测量待测叶片发生扭转需要在叶尖前缘和叶尖后缘分别布置叶尖计时传感器，当待测叶片发生扭转时，叶尖前缘测点(第2个叶尖计时传感器的测点)由A点变为D点，叶尖后缘测点(第3个叶尖计时传感器的测点)由H点变为E点，而A点移动至B点，H点移动至G点。叶尖前缘测点由A点变为D点引起的叶尖前缘的振动偏移量为Δx ib，叶尖后缘测点由H点变为E点引起的叶尖后缘的振动偏移量 为Δx jb，拟合得到的叶盆轮廓曲线方程表示为y＝f(x)，叶尖前缘测点A的坐标表示为(x i0，y i0)，叶尖后缘测点H的坐标表示为(x j0，y j0)，则：
叶尖前缘的实际测点D点的坐标为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000034
叶尖后缘的实际测点E点的坐标为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000035
连接叶尖前缘的第一预设初始点和叶尖后缘的第二预设初始点的预设直线AH的方程为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000036
连接叶尖前缘的第一实测点和叶尖后缘的第二实测点的实际直线DE的方程为：
Figure PCTCN2020086268-appb-000037
扭转中心O的坐标(x O，y O)，可通过联立预设直线AH的方程与实际直线DE的方程得到，β′为预设直线AH与实际直线DE的夹角，所以：
Figure PCTCN2020086268-appb-000038
预设叶片的实际扭转角为β(∠HOG或∠AOB)，当k BG＝k DE时，β＝β′。但是根据已知信息很难得到B点与G点的信息，进而，当确定叶片模型以及测点布置方式后，叶片实际扭转角β与β′是一一对应的，其关系可以表示为：
β＝P(β′)；
基于已知的测点布置方式，能够计算叶片扭转角范围内的每一个β对应的β′，然后拟合出β＝P(β′)的表达式，实际测量时，将测量到的理想扭转角β′ i(n,b)修正为实际扭转角β i(n,b)，此方法能测量到的实际扭转角度范围为[β min，β max]，β min和β max可根据下列方程式确定：
Figure PCTCN2020086268-appb-000039
Figure PCTCN2020086268-appb-000040
其中，β min<0，β max>0，β ib为第i个叶尖计时传感器测得的待测叶片b发生扭转时的扭转角，当Δx ib>0时，待测叶片的扭转方向为正向。
本申请实施例提供的旋转叶片五维度振动的测量方法避免了现有技术中只考虑叶片弯曲维度下获取叶片的叶尖振动信息并通过叶尖振动的振幅与频率等参数来反映叶 片的振动状况所引起的测量结果不准确，不全面的问题，因此，本申请方便对旋转叶片的振动参数进行全面测量，提高旋转叶片振动测量结果的计算精度，对于旋转叶片运行状态的全面感知和旋转叶片振动情况的准确评估具有重要意义。
如图10中所示，所述振动测量装置1000包括：
数据采集模块1010，用于采集待测叶片未发生待监测振动时经过第一测量位置的第一到达时刻、经过第二测量位置的第二到达时刻和所述待测叶片所属转子上的键相标记经过键相监测位置的第一键相时刻，以及所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第三到达时刻和所述键相标记经过所述键相监测位置的第二键相时刻；
恒偏量确定模块1020，用于基于所述第一到达时刻和所述第二到达时刻，确定未发生待监测振动时，所述待测叶片经过所述第二测量位置时相对于经过所述第一测量位置时的振动恒偏量；
坐标获取模块1030，用于获取所述待测叶片在未发生待监测振动经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标；
偏移量确定模块1040，用于基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量；
实际测点坐标确定模块1050，用于基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标；
参数确定模块1060，用于分别获取在五种待监测振动维度下，与所述实际监测点对应的、当所述待测叶片未发生待监测振动时所述待测叶片上的原始位置点，以及所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标，并根据所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述待测叶片在每种所述待监测振动维度下的振动参数，其中，五种待监测振动维度包括轴向移动维度、弯曲维度、倾斜维度、偏移维度和扭转维度，所述振动参数包括振动位移参数或振动角度参数。
本申请实施例中，在所述坐标获取模块1030用于获取所述待测叶片经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标之前，所述振动测量装置1000还包括：
坐标系构建模块1070，用于以所述待测叶片的旋转方向为第一方向，以所述待测叶片的轴向方向为第二方向，构建叶尖轮廓坐标系，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；
方程拟合模块1080，用于基于获取的待测叶片的多个叶尖轮廓坐标点，在所述叶尖轮廓坐标系中拟合得到所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程。
本申请实施例中，所述偏移量确定模块1040在用于基于所述第二到达时刻、所述 第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量时，所述偏移量确定模块1040用于：
获取所述待测叶片未发生待监测振动时的叶尖线速度、叶尖半径，以及待测叶片与第二测量位置之间的第二实际夹角；
基于所述第二到达时刻、所述第一键相时刻，所述叶尖半径，所述叶尖线速度，以及所述第二实际夹角，确定所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第一振动位移；
基于所述第三到达时刻、所述第二键相时刻，所述叶尖半径，所述叶尖线速度，以及所述第二实际夹角，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第二振动位移；
基于所述第一振动位移和所述第二振动位移，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量。
本申请实施例中，所述实际测点坐标确定模块1050在用于基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标时，所述实际测点坐标确定模块1050用于：
基于所述振动恒偏量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片在未发生待监测振动经过所述第二测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第二预设测点坐标；
基于所述第二预设测点坐标和所述振动偏移量，确定所述待测叶片在发生待监测振动时经过所述第二测量位置时实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标。
本申请实施例中，当待监测振动维度为轴向移动维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动参数：
基于所述实际监测点的实际测点坐标的横坐标，确定所述实际监测点的横坐标为所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标；
基于所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标和所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的纵坐标；
确定所述实际监测点的纵坐标与所述原始位置点的纵坐标的差值为所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动位移参数。
本申请实施例中，当待监测振动维度为弯曲维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动参数：预测所述待测叶片的弯曲振动方向与旋转方向的夹角；
基于所述实际测点坐标、所述夹角以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动位移参数。
本申请实施例中，当待监测振动维度为倾斜维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动参数：
获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
基于所述第一直线的斜率，确定垂直于所述第一直线的第二直线的斜率；
基于所述第二直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动位移参数。
本申请实施例中，当待监测振动维度为偏移维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述偏移维度下的振动参数：
获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
基于所述第一直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述偏移维度下的振动位移参数。
本申请实施例中，当待监测振动维度为扭转维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述扭转维度下的振动参数：
获取待测叶片在第一子测量位置下的第一子预设测点坐标，与所述第一子预设测点坐标对应的第一振动偏移量，并获取待测叶片在第二子测量位置下的第二子预设测点坐标，与所述第二子预设测点坐标对应的第二振动偏移量，其中，所述第二测量位置包括第一子测量位置和第二子测量位置，所述第一子测量位置和所述第二子测量位置位于预先构建的叶尖轮廓坐标系中的不同轴向位置；
基于所述第一子预设测点坐标和所述第一振动偏移量，确定与所述第一子预设测点坐标对应的第一子实际测点坐标，基于所述第二子预设测点坐标和所述第二振动偏移量，确定与所述第二子预设测点坐标对应的第二子实际测点坐标；
基于所述第一子预设测点坐标和所述第二子预设测点坐标，所述第一子实际测点坐标和所述第二子实际测点坐标，确定连接所述第一子预设测点和所述第二子预设测点的预设直线与连接所述第一子实际测点和所述第二子实际测点的实际直线之间的理想扭转角；
基于待测叶片模型以及所述第一子测量位置和第二子测量位置的轴向位置，确定所述理想扭转角与实际扭转角之间的相关度；
基于所述理想扭转角，以及所述理想扭转角与所述实际扭转角之间的相关度，确定所述实际扭转角为所述待测叶片在所述扭转维度下的振动角度参数。
本申请实施例提供的旋转叶片五维度振动的测量装置，包括数据采集模块、恒偏量确定模块、坐标系构建模块、方程拟合模块、坐标获取模块、偏移量确定模块、实际测点坐标确定模块和参数确定模块，避免了现有技术中只在叶片弯曲下获取叶片的叶尖振动信息并通过叶尖振动的振幅与频率等参数来反映叶片的振动状况所引起的测量结果不准确，不全面的问题，因此，本申请方便对旋转叶片的振动参数进行全面测量，提高旋转叶片振动测量结果的计算精度，对于旋转叶片运行状态的全面感知和旋转叶片振动情况的准确评估具有重要意义。
请参阅图11，图11为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图11中所示，所述电子设备1100包括处理器1110、存储器1120和总线1130。
所述存储器1120存储有所述处理器1110可执行的机器可读指令，当电子设备1100运行时，所述处理器1110与所述存储器1120之间通过总线1130通信，所述机器可读指令被所述处理器1110执行时，可以执行如上述图2所示方法实施例中的一种旋转叶片五维度振动的测量方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图2所示方法实施例中的一种旋转叶片五维度振动的测量方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个 网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

  1. 一种旋转叶片五维度振动的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
    采集待测叶片未发生待监测振动时经过第一测量位置的第一到达时刻、经过第二测量位置的第二到达时刻和所述待测叶片所属转子上的键相标记经过键相监测位置的第一键相时刻，以及所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第三到达时刻和所述键相标记经过所述键相监测位置的第二键相时刻；
    基于所述第一到达时刻和所述第二到达时刻，确定未发生待监测振动时，所述待测叶片经过所述第二测量位置时相对于经过所述第一测量位置时的振动恒偏量；
    获取所述待测叶片在未发生待监测振动经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标；
    基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量；
    基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标；
    分别获取在五种待监测振动维度下，与所述实际监测点对应的、当所述待测叶片未发生待监测振动时所述待测叶片上的原始位置点，以及所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标，并根据所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述待测叶片在每种所述待监测振动维度下的振动参数，其中，五种待监测振动维度包括轴向移动维度、弯曲维度、倾斜维度、偏移维度和扭转维度，所述振动参数包括振动位移参数或振动角度参数。
  2. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在所述获取所述待测叶片经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标之前，所述振动测量方法还包括：
    以所述待测叶片的旋转方向为第一方向，以所述待测叶片的轴向方向为第二方向，构建叶尖轮廓坐标系，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；
    基于从待测叶片模型获取的待测叶片的多个叶尖轮廓坐标点，在所述叶尖轮廓坐标系中拟合得到所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程。
  3. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量，包括：
    获取所述待测叶片未发生待监测振动时的叶尖线速度、叶尖半径，以及待测叶片与第二测量位置之间的第二实际夹角；
    基于所述第二到达时刻、所述第一键相时刻，所述叶尖半径，所述叶尖线速度，以及所述第二实际夹角，确定所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第一振动位移；
    基于所述第三到达时刻、所述第二键相时刻，所述叶尖半径，所述叶尖线速度，以及所述第二实际夹角，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第二振动位移；
    基于所述第一振动位移和所述第二振动位移，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量。
  4. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标，包括：
    基于所述振动恒偏量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片在未发生待监测振动时经过所述第二测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第二预设测点坐标；
    基于所述第二预设测点坐标和所述振动偏移量，确定所述待测叶片在发生待监测振动时经过所述第二测量位置时实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标。
  5. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，当待监测振动维度为轴向移动维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动参数：
    基于所述实际监测点的实际测点坐标的横坐标，确定所述实际监测点的横坐标为所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标；
    基于所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的横坐标和所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的纵坐标；
    确定所述实际监测点的纵坐标与所述原始位置点的纵坐标的差值为所述待测叶片在所述轴向移动维度下的振动位移参数。
  6. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，当待监测振动维度为弯曲维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动参数：
    预测所述待测叶片的弯曲振动方向与旋转方向的夹角；
    基于所述实际测点坐标、所述夹角以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
    基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述弯曲维度下的振动位移参数。
  7. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，当待监测振动维度为倾斜维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动参数：
    获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
    基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
    基于所述第一直线的斜率，确定垂直于所述第一直线的第二直线的斜率；
    基于所述第二直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
    基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述倾斜维度下的振动位移参数。
  8. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，当待监测振动维度为偏移维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述偏移维度下的振动参数：
    获取待测叶片的叶尖前缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的前缘数据点坐标，以及叶尖后缘在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的后缘数据点坐标；
    基于所述前缘数据点坐标和所述后缘数据点坐标，确定连接所述叶尖前缘与所述叶尖后缘的第一直线的斜率；
    基于所述第一直线的斜率、所述实际测点坐标以及所述待测叶片的叶尖轮廓曲线方程，确定所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标；
    基于所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述实际监测点与所述原始位置点之间的距离为所述待测叶片在所述偏移维度下的振动位移参数。
  9. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，当待监测振动维度为扭转维度时，通过以下步骤确定所述待测叶片在所述扭转维度下的振动参数：
    获取待测叶片在第一子测量位置下的第一子预设测点坐标，与所述第一子预设测点坐标对应的第一振动偏移量，并获取待测叶片在第二子测量位置下的第二子预设测点坐标，与所述第二子预设测点坐标对应的第二振动偏移量，其中，所述第二测量位置包括第一子测量位置和第二子测量位置，所述第一子测量位置和所述第二子测量位置位于预先构建的叶尖轮廓坐标系中的不同轴向位置；
    基于所述第一子预设测点坐标和所述第一振动偏移量，确定与所述第一子预设测点坐标对应的第一子实际测点坐标，基于所述第二子预设测点坐标和所述第二振动偏移量，确定与所述第二子预设测点坐标对应的第二子实际测点坐标；
    基于所述第一子预设测点坐标和所述第二子预设测点坐标，所述第一子实际测点坐标和所述第二子实际测点坐标，确定连接所述第一子预设测点和所述第二子预设测点的预设直线与连接所述第一子实际测点和所述第二子实际测点的实际直线之间的理想扭转角；
    基于待测叶片模型以及所述第一子测量位置和第二子测量位置的轴向位置，确定所述理想扭转角与实际扭转角之间的相关度；
    基于所述理想扭转角，以及所述理想扭转角与所述实际扭转角之间的相关度，确定所述实际扭转角为所述待测叶片在所述扭转维度下的振动角度参数。
  10. 一种旋转叶片五维度振动的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
    数据采集模块，用于采集待测叶片未发生待监测振动时经过第一测量位置的第一到达时刻、经过第二测量位置的第二到达时刻和所述待测叶片所属转子上的键相标记经过键相监测位置的第一键相时刻，以及所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置的第三到达时刻和所述键相标记经过所述键相监测位置的第二键相时刻；
    恒偏量确定模块，用于基于所述第一到达时刻和所述第二到达时刻，确定未发生待监测振动时，所述待测叶片经过所述第二测量位置时相对于经过所述第一测量位置时的振动恒偏量；
    坐标获取模块，用于获取所述待测叶片在未发生待监测振动经过所述第一测量位置时，所述待测叶片上的第一监测点在预先构建的叶尖轮廓坐标系中的第一预设测点坐标；
    偏移量确定模块，用于基于所述第二到达时刻、所述第三到达时刻、所述第一键相时刻和所述第二键相时刻，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置相对于所述待测叶片未发生待监测振动时经过所述第二测量位置的振动偏移量；
    实际测点坐标确定模块，用于基于所述振动恒偏量、所述振动偏移量和所述第一预设测点坐标，确定所述待测叶片发生待监测振动时经过所述第二测量位置时的实际监测点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的实际测点坐标；
    参数确定模块，用于分别获取在五种待监测振动维度下，与所述实际监测点对应的、当所述待测叶片未发生待监测振动时所述待测叶片上的原始位置点，以及所述原始位置点在所述预先构建的叶尖轮廓坐标系中的原始位置点坐标，并根据所述实际测点坐标和所述原始位置点坐标，确定所述待测叶片在每种所述待监测振动维度下的振动参数，其中，五种待监测振动维度包括轴向移动维度、弯曲维度、倾斜维度、偏移维度和扭转维度，所述振动参数包括振动位移参数或振动角度参数。
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