一种叶端定时信号时频滤波方法与流程

技术特征：
1.一种叶端定时信号时频滤波方法，其特征在于，其包括以下步骤：第一步骤，利用叶端定时传感器获取叶片的时间脉冲，基于所述时间脉冲生成转速n，然后根据叶片半径r和转速n将实际达到时间和理论达到时间差δt转换为位移数据；第二步骤，基于所述位移数据选择转频范围，基于频谱分析得到混叠频率幅值向量，将不同采样频率下的混叠频率幅值向量进行组合，形成二维幅值矩阵，基于转频频率序列、混叠频率序列、二维幅值矩阵得到转频
‑
混叠频率图，其中，转频频率序列经由转频频率步长和转频范围确定，混叠频率序列经由混叠频率分辨率和最高转频确定；第三步骤，识别转频
‑
混叠频率图中的直线，得到直线的表达式f
h
＝af
r
b，a，b为参数，第四步骤，基于表达式计算不同采样频率下的混叠频率，根据所述混叠频率产生带通滤波频带范围，基于带通滤波频带范围对位移数据进行滑动滤波。2.根据权利要求1所述的叶端定时信号时频滤波方法，其中，优选的，第一步骤中，使用叶端定时传感器采集变转速情况下叶盘叶片的达到时间脉冲t，利用转速传感器获取转轴的转频f
r
，计算在无振动情况下，叶片达到第k个传感器的理论达到时间其中，表示第i个叶片在第p圈到达第k个传感器的理论时间，θ
i
表示第i个叶片的角度，α
k
表示第k个传感器的安装角度，f
r
(p)表示第p圈时的转频，表示第i个叶片在第p
‑
1圈达到第k个传感器的实际时间，根据叶片半径r和转频f
r
将实际达到时间与理论达到时间差转换为位移数据：其中，表示第i个叶片在时刻的位移，其中表示第i个叶片在第p圈到达第k个传感器的实际时间与理论时间之差，得到了叶片末端的位移信号d，其为位移向量。3.根据权利要求1所述的叶端定时信号时频滤波方法，其中，第二步骤中，位移数据的转频范围基于旋转频率间隔δf
r
生成转频序列f
r
，确定分析数据截取的中心位置：f
h
＝[0，δ
fh
，2δ
fh
，3δ
fh
，
…
，(m
‑
1)δf
h
]1×
m
，其中n是整数，满足由此来确定n的值，m是整数，满足由此来确定m的值，根据混叠频率分辨率δf
h
和转速计算转频序列f
r
中每一个转频对应的数据截取长度：
其中，wlen(i)表示转频序列f
r
中第i个转频f
r
(i)对应的数据截取长度，即参与傅里叶变换的数据长度，n为转频序列长度，[
·
]表示对数据四舍五入取整的运算，根据第i个理想的截取数据中心位置的转频频率f
r
(i)计算实际最接近该转频的数据索引index：其中，表示求使得后式取到最小值的index值，以index(i)为截取数据中心，以wlen(i)为数据长度，截取位移数据d[index(i)
‑
round(wlen(i)/2)：index(i) round(wlen(i)/2)]，选取位移数据中索引为index(i)
‑
round(wlen(i)/2)到index(i) round(wlen(i)/2)，其利用快速傅里叶变换进行频谱估计，其中，d(n)为采样得到的信号，i是虚数符号，nfft是所选择的数据的长度；n是一个迭代数，从index(i)
‑
round(wlen(i)/2)遍历到index(i) round(wlen(i)/2)，取遍d中的所有元素，k是一个0到n
‑
1整数，d(k)表示离散傅里叶变换后的第k个数据，将d取绝对值，即得到了混叠频率幅值向量ad，生成零矩阵a
n
×
m
，其中n为转频序列长度，m为混叠频率序列长度，将由转频序列f
r
中第i个转频数据f
r
(i)确定的数据索引范围index(i)
‑
round(wlen(i)/2)到index(i) round(wlen(i)/2)所截取的数据频谱幅值估计结果ad
i
填入矩阵a
n
×
m
中的第i列，以此类推，当选取转频序列中的所有转频元素，重复上述操作后，得到了完整的幅值矩阵a
n
×
m
，由转频序列f
r
、混叠频率序列f
h
、二维幅值矩阵a
n
×
m
得到转频
‑
混叠频率图。4.根据权利要求1所述的叶端定时信号时频滤波方法，其中，第三步骤中，利用直线拟合或者radon变换提取直线参数。5.根据权利要求4所述的叶端定时信号时频滤波方法，其中，第三步骤中，转频
‑
混叠频率图的混叠频率方向进行遍历搜索，找到幅值最大的连续n个点，n为2
‑
5：所得到的点的坐标为：(f
r
(k)，f
h
(i(k)))，(f
r
(k)，f
h
(i(k)))，
…
，(f
r
(k)，f
h
(i(k)))，其中i(k)为使得取到最大值的索引位置，记录下坐标点的横坐标的采样频率和纵坐标的混叠频率，选定直线线段范围，对该线段范围内的坐标点进行最小二乘拟合，得到直线的斜率：
其中d＝[f
h
(index(1)，f
h
(index(2)，
…
，f
h
(index(np)]
t
，a是直线斜率，b是直线截距。6.根据权利要求4所述的叶端定时信号时频滤波方法，其中，第三步骤中，radon变换中，将转频
‑
混叠频率图上的值沿着各个直线方向投影，设定角度步长δβ和距离步长δl以产生角度序列β和距离序列l：β＝[
‑
90
°
，
‑
90
°
δθ，
‑
90
°
2δθ，
…
，90
°
]，其中h、w分别为raf图像的宽，高像素尺寸，在radon变换后，转频
‑
混叠频率图的峰值坐标(β，l)如下转换得到斜率与截距：混叠频率图的峰值坐标(β，l)如下转换得到斜率与截距：通过转频推算出混叠频率f
h
＝af
r
b。7.根据权利要求1所述的叶端定时信号时频滤波方法，其中，第四步骤中，设定滑动滤波时的窗长len，重叠率kp，形成带通滤波滑动窗口，第i个带通滤波滑动窗口的包含的索引为1 (i
‑
1)
·
kp
·
len：(i
‑
1)
·
kp
·
len len，对数据d(1 (i
‑
1)
·
kp
·
len)，
…
，d((i
‑
1)
·
kp
·
len len)进行带通滤波，将带通滤波后的数据首尾重组，得到滤波后的数据，其中带通滤波的滤波频带为[f
h
(i)
‑
δh1，f
h
(i) δh2]，使得频率在f
h
(i)
‑
δh1～f
h
(i) δh2范围内的频率通过，其中δh1和δh2分为带通滤波上、下边界阈值，f
r
(i)表示第i个带通滤波滑动窗口中心数据对应的转频，f
h
(i)表示由表达式计算得到的混叠频率，其中a，b为转频
‑
混叠频率图中直线的斜率和截距。

技术总结
本发明公开了一种叶端定时信号时频滤波方法，方法包括以下步骤：利用叶端定时传感器获取旋转叶片的时间脉冲，然后根据叶片半径R和转速n将实际达到时间和理论达到时间差Δt转换为位移数据；根据采样频率选择分析数据，使用频谱分析方法得到混叠频率幅值向量，将不同采样频率下的混叠频率幅值向量进行组合，形成二维幅值矩阵，由转频序列、混叠频率序列、二维幅值矩阵得到转频


技术研发人员：田绍华 曹佳辉 杨志勃 陈雪峰 王增坤 李浩琪 李文博
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2021/10/29