一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法的制作方法

1.本发明涉及发动机检测领域，具体涉及一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法。


背景技术：

2.航空发动机、燃气轮机等大型旋转机械广泛的应用于航空、航海的动力系统，也是电力、石化等工业部门中广为应用的关键设备。叶片作为大型旋转机械转子的核心部件，其自身振动及叶尖间隙等各种运行参数变化影响整个系统的正常运转和工作效率。近年来，基于叶尖定时原理的叶片振动及叶尖间隙测量得到了广泛的研究和应用。叶尖到达时刻提取的准确度直接决定了叶片振动或叶尖间隙测量的精度，因而在整个测量系统中起着至关重要的作用。目前到达时刻的提取通常采用阈值切割法，该方法受定时脉冲的幅值影响较大，精度有限。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法，通过采集叶尖脉冲数据计算叶尖定时到达时刻，提升了计算精度。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法，包括：
5.采集叶尖传感器信号数据进行离散处理得到叶尖脉冲信号采样点序列；
6.利用所述叶尖脉冲信号采样点序列得到叶尖定时到达时刻。
7.优选的，所述采集叶尖传感器信号数据进行离散处理得到叶尖脉冲信号采样点序列包括：
8.采集叶尖传感器信号数据进行离散处理得到叶尖传感器信号离散数据；
9.利用所述叶尖传感器信号离散数据建立叶尖脉冲信号采样点序列；
10.其中，叶尖传感器信号离散数据为叶尖传感器信号采样时刻与叶尖传感器信号采样幅值。
11.优选的，利用所述叶尖脉冲信号采样点序列得到叶尖定时到达时刻包括：
12.获取叶尖脉冲信号采样点序列对应的叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量；
13.利用所述叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量得到叶尖定时到达时刻。
14.进一步的，利用所述叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量得到叶尖定时到达时刻包括：
15.根据所述叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量得到叶尖脉冲状态；
16.判断所述叶尖脉冲状态是否为非对称状态，若是，则利用叶尖脉冲信号采样点序
列基于最小二乘法进行线性拟合处理得到叶尖定时脉冲上升沿时刻与叶尖定时脉冲下降沿时刻，否则，根据叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量获取对称状态拟合点值；
17.利用叶尖定时脉冲上升沿时刻与叶尖定时脉冲下降沿时刻计算叶尖定时到达第一时刻；
18.利用叶尖脉冲信号采样点序列基于对称状态拟合点值得到叶尖定时到达第二时刻；
19.利用所述叶尖定时到达第一时刻与叶尖定时到达第二时刻作为叶尖定时到达时刻。
20.进一步的，所述利用叶尖脉冲信号采样点序列基于最小二乘法进行线性拟合处理得到叶尖定时脉冲上升沿时刻与叶尖定时脉冲下降沿时刻包括：
21.利用叶尖脉冲信号采样点序列基于最小二乘法进行m点线性拟合处理得到第一斜率序列与第一横截距序列；
22.获取第一斜率序列中斜率最大值在第一横截距序列中斜率最大值对应的横截距对应时刻作为叶尖定时脉冲上升沿时刻；
23.利用叶尖脉冲信号采样点序列基于最小二乘法进行n点线性拟合处理得到第二斜率序列与第二横截距序列；
24.获取第二斜率序列中斜率最大值在第二横截距序列中斜率最大值对应的横截距对应时刻作为叶尖定时脉冲下降沿时刻；
25.其中，m的范围为3至叶尖脉冲上升段离散采样点数量内的整数，n为3至叶尖脉冲下降段离散采样点数量内的整数。
26.进一步的，利用叶尖定时脉冲上升沿时刻与叶尖定时脉冲下降沿时刻计算叶尖定时到达第一时刻的计算式如下：
27.t＝bt1 dt228.其中，t为叶尖定时到达第一时刻，b、d为常数，t1为叶尖定时脉冲上升沿时刻，t2为叶尖定时脉冲下降沿时刻。
29.进一步的，所述利用叶尖脉冲信号采样点序列基于对称状态拟合点值得到叶尖定时到达第二时刻包括：
30.利用叶尖脉冲信号采样点序列计算对称状态拟合误差函数；
31.获取所述对称状态拟合误差函数的最小值对应的对称状态斜率与对称状态横截距；
32.利用所述对称状态斜率建立对称状态斜率序列ki；
33.利用所述对称状态横截距建立对称状态横截距序列ti；
34.获取对称状态斜率序列ki的对称状态斜率最大值在对称状态横截距序列ti中对应的斜率最大值的横截距对应时刻；
35.获取对称状态斜率序列ki的对称状态斜率最小值在对称状态横截距序列ti中对应的斜率最小值横截距对应时刻；
36.利用所述斜率最大值横截距对应时刻与斜率最小值横截距对应时刻计算叶尖定时到达第二时刻。
37.进一步的，所述利用叶尖脉冲信号采样点序列计算对称状态拟合误差函数的计算式如下：
[0038][0039]
其中，si为对称状态拟合误差函数，k、tk为函数参数，n为对称状态拟合点值，y
p
为叶尖传感器信号采样幅值，t
p
为叶尖传感器信号采样时刻。
[0040]
进一步的，对称状态拟合点值的范围为3至0.5a内的整数；
[0041]
其中，a为叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量的和。
[0042]
进一步的，利用所述斜率最大值横截距对应时刻与斜率最小值横截距对应时刻计算叶尖定时到达第二时刻的计算式如下：
[0043][0044]
其中，tj为叶尖定时到达第二时刻，t
x
为斜率最大值横截距对应时刻，th为斜率最小值横截距对应时刻。
[0045]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
[0046]
基于线性拟合的到达时刻提取算法通过搜索定时脉冲上升最迅速及下降最迅速的位置获取脉冲上升沿和下降沿时刻，并取两者加权平均值作为脉冲到达时刻，可有效克服或减小定时脉冲幅度、波形变化对定时精度的影响。
附图说明
[0047]
图1是本发明提供的一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法的流程图；
[0048]
图2是本发明提供的一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法的光纤叶尖定时传感器采集叶片脉冲示例图；
[0049]
图3是本发明提供的一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法的线性拟合示意图。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0051]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
实施例1：
[0053]
本发明提供了一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法，如图1所示，包括：
[0054]
s1、采集叶尖传感器信号数据进行离散处理得到叶尖脉冲信号采样点序列；
[0055]
s2、利用所述叶尖脉冲信号采样点序列得到叶尖定时到达时刻。
[0056]
s1具体包括：
[0057]
s1-1、采集叶尖传感器信号数据进行离散处理得到叶尖传感器信号离散数据；
[0058]
s1-2、利用所述叶尖传感器信号离散数据建立叶尖脉冲信号采样点序列；
[0059]
其中，叶尖传感器信号离散数据为叶尖传感器信号采样时刻与叶尖传感器信号采样幅值。
[0060]
s2具体包括：
[0061]
s2-1、获取叶尖脉冲信号采样点序列对应的叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量；
[0062]
s2-2、利用所述叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量得到叶尖定时到达时刻。
[0063]
s2-2具体包括：
[0064]
s2-2-1、根据所述叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量得到叶尖脉冲状态；
[0065]
s2-2-2、判断所述叶尖脉冲状态是否为非对称状态，若是，则利用叶尖脉冲信号采样点序列基于最小二乘法进行线性拟合处理得到叶尖定时脉冲上升沿时刻与叶尖定时脉冲下降沿时刻，否则，根据叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量获取对称状态拟合点值；
[0066]
s2-2-3、利用叶尖定时脉冲上升沿时刻与叶尖定时脉冲下降沿时刻计算叶尖定时到达第一时刻；
[0067]
s2-2-4、利用叶尖脉冲信号采样点序列基于对称状态拟合点值得到叶尖定时到达第二时刻；
[0068]
s2-2-5、利用所述叶尖定时到达第一时刻与叶尖定时到达第二时刻作为叶尖定时到达时刻。
[0069]
s2-2-2具体包括：
[0070]
s2-2-2-1、利用叶尖脉冲信号采样点序列基于最小二乘法进行m点线性拟合处理得到第一斜率序列与第一横截距序列；
[0071]
s2-2-2-2、获取第一斜率序列中斜率最大值在第一横截距序列中斜率最大值对应的横截距对应时刻作为叶尖定时脉冲上升沿时刻；
[0072]
s2-2-2-3、利用叶尖脉冲信号采样点序列基于最小二乘法进行n点线性拟合处理得到第二斜率序列与第二横截距序列；
[0073]
s2-2-2-4、获取第二斜率序列中斜率最大值在第二横截距序列中斜率最大值对应的横截距对应时刻作为叶尖定时脉冲下降沿时刻；
[0074]
其中，m的范围为3至叶尖脉冲上升段离散采样点数量内的整数，n为3至叶尖脉冲下降段离散采样点数量内的整数。
[0075]
s2-2-3的计算式如下：
[0076]
t＝bt1 dt2[0077]
其中，t为叶尖定时到达第一时刻，b、d为常数，t1为叶尖定时脉冲上升沿时刻，t2为叶尖定时脉冲下降沿时刻。
[0078]
s2-2-4具体包括：
[0079]
s2-2-4-1、利用叶尖脉冲信号采样点序列计算对称状态拟合误差函数；
[0080]
s2-2-4-2、获取所述对称状态拟合误差函数的最小值对应的对称状态斜率与对称状态横截距；
[0081]
s2-2-4-3、利用所述对称状态斜率建立对称状态斜率序列ki；
[0082]
s2-2-4-4、利用所述对称状态横截距建立对称状态横截距序列ti；
[0083]
s2-2-4-5、获取对称状态斜率序列ki的对称状态斜率最大值在对称状态横截距序列ti中对应的斜率最大值的横截距对应时刻；
[0084]
s2-2-4-6、获取对称状态斜率序列ki的对称状态斜率最小值在对称状态横截距序列ti中对应的斜率最小值横截距对应时刻；
[0085]
s2-2-4-7、利用所述斜率最大值横截距对应时刻与斜率最小值横截距对应时刻计算叶尖定时到达第二时刻。
[0086]
本实施例中，一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻提取算法，首先对叶尖脉冲信号采样点序列进行n点最小二乘线性拟合，即对点叶尖脉冲信号采样点序列各元素求解令s2-2-4-1的计算式有最小值的k、tk，得到对称斜率序列和对称横截距序列。
[0087]
s2-2-4-1的计算式如下：
[0088][0089]
其中，si为对称状态拟合值，k、tk为函数参数，n为对称状态拟合点值，y
p
为叶尖传感器信号采样幅值，t
p
为叶尖传感器信号采样时刻；对称状态拟合点值的范围为3至0.5a内的整数；
[0090]
其中，a为叶尖脉冲上升段离散采样点数量与叶尖脉冲下降段离散采样点数量的和。
[0091]
s2-2-4-6的计算式如下：
[0092][0093]
其中，tj为叶尖定时到达第二时刻，t
x
为斜率最大值横截距对应时刻，th为斜率最小值横截距对应时刻。
[0094]
实施例2：
[0095]
本发明提供了一种基于线性拟合的叶尖定时到达时刻实际应用提取算法，包括：
[0096]
当叶片扫过叶尖定时传感器时，传感器输出信号幅值将经历由小变大再由大变小的过程，形成叶尖脉冲信号，如图2所示。
[0097]
设第a-1个叶片到达之后至第a个叶片到达之前传感器输出幅值最小为则定义出现时刻至出现时刻之间的传感信号为第a个叶片的叶尖脉冲信号。图2中共有四个脉冲信号。设第a个叶尖脉冲最大值为则定义信号幅值y满足下列上式的时间段为脉冲上升段，满足下列下式的时间段为脉冲下降段。
[0098]
[0099][0100]
值得注意的是式中0.2为根据经验得出的一个优选值，也可以按照用户实际情况取其他值。
[0101]
为提取脉冲到达时刻，首先使用采样设备将传感器信号离散化。设离散后的叶尖脉冲信号形成采样点序列di(i为正整数)，di的横坐标为采样时间ti，纵坐标为信号幅值大小yi。ntr为上述第一个公式定义的叶尖脉冲上升段离散后的采样点个数，ntf为上述第二个公式定义的叶尖脉冲下降段离散后的采样点个数。
[0102]
对于叶尖脉冲较为对称(即ntr与ntf较为接近)的传感器，首先对序列di进行n点(n的优选值为3～(ntr ntf)/2范围内的整数)最小二乘线性拟合，即对点di～d
i n-1
求解令下列函数有最小值的k、t，得到斜率序列ki和横截距序列ti。
[0103][0104]
接下来，搜索斜率序列ki的最大值和最小值，并得到其索引imax和imin，然后将t
imax
和t
imin
分别作为定时脉冲的上升沿时刻和下降沿时刻，而叶片到达时刻t则等于两者平均值，即有下式：
[0105][0106]
对于叶尖脉冲不对称的传感器，首先确定脉冲上升沿时刻。对序列di进行nr点最小二乘线性拟合，得到斜率序列k
i’和横截距序列t
i’。搜索斜率序列k
i’的最大值，得到最大值索引imax，则t
imax’作为定时脉冲的上升沿时刻。nr的优选取值范围为3～ntr之间的整数。接下来确定脉冲下降沿时刻。对序列di进行nf点最小二乘线性拟合，得到斜率序列k
i”和横截距序列t
i”。搜索斜率序列k
i”的最小值，得到最小值索引imin，则t
imin”作为定时脉冲的下降沿时刻。nf的优选取值范围为3～ntf之间的整数。最后，叶片达到时刻为t
imax’和t
imin”的加权平均值，即下式：
[0107]
t＝bt
imax
' dt
imin”[0108]
其中，b、d的取值需令t
imax
'《t《t
imin”成立。
[0109]
下面以n＝5为例说明算法的实施过程。如图3所示，为一个对称的叶尖脉冲信号，黑色圆点为叶尖脉冲采样点序列di。对其进行5点最小二乘线性拟合，d
19
～d
23
拟合得到的直线lr具有斜率最大值，则其横截距t
19
作为脉冲上升沿时刻；d
27
～d
31
拟合得到的直线lf具有斜率最小值，则其横截距t
27
作为脉冲下降沿时刻。最终叶尖定时的到达时刻为t＝(t
19
t
27
)/2。
[0110]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。