一种基于声信号的航空发动机转速计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于声信号的航空发动机转速计算方法，包括以下步骤：S1、选择待测发动机中声信号最强的静子叶片并以其叶片数作为K值；S2、采集所述静子叶片的声信号，并对于某一时刻的声信号的时域信号进行傅里叶频谱变换，获得该时刻所有频谱信号数据；S3、在所有频谱信号数据中选择信号幅值最大的信号对应的频率，作为该时刻的最终频率；S4、根据最终频率与K值的比值，得到该时刻的发动机转速。本发明专利技术通过声信号获得航空发动机转子转速信息，为基于声信号的航空发动机故障诊断技术提供所必需的转速信息。必需的转速信息。必需的转速信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声信号的航空发动机转速计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及航空发动机故障诊断
，具体涉及一种基于声信号的航空发动机转速计算方法及系统。

技术介绍

[0002]航空发动机故障诊断技术对发动机的安全性、可靠性、维护性、经济性均有重要作用，不论在发动机的研制阶段还是服役阶段都是至关重要、不可或缺的。近年来基于声信号的航空发动机故障诊断技术得到迅速发展，受到人们的重视。
[0003]基于声信号的航空发动机故障诊断技术是对运行状态的发动机声信号进行采集，通过信号处理和分析，诊断发动机潜在或已发生的故障。在进行故障分析时往往需要同步的转速信息。但在测得的声信号里不包含明确的转速信息。
[0004]现有对转速的测量往往采用加装转速装置进行测量，但发动机另外加装测量装置安装困难且可能会影响发动机正常工作，因此，如何对测得的声信号本身进行分析从而准确获得航空发动机转子转速信息是一个需要解决的重要问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于声信号的航空发动机转速计算方法及系统，通过声信号获得航空发动机转子转速信息，为基于声信号的航空发动机故障诊断技术提供所必需的转速信息。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于声信号的航空发动机转速计算方法，包括以下步骤：
[0007]S1、选择待测发动机中声信号最强的静子叶片并以其叶片数作为K值；
[0008]S2、采集所述静子叶片的声信号，并对于某一时刻的声信号的时域信号进行傅里叶频谱变换，获得该时刻所有频谱信号数据；
[0009]S3、在所有频谱信号数据中选择信号幅值最大的信号对应的频率，作为该时刻的最终频率；
[0010]S4、根据最终频率与K值的比值，得到该时刻的发动机转速。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4中，发动机转速：
[0012][0013]其中，n为待测发动机转速；f
ex
为最终频率，同时，f
ex
也为K值对应的尾流激振频率。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0015]S21、采集所述静子叶片的声信号，获得声信号的3D瀑布图，其中，采集频率为Fr，所述3D瀑布图中包括采集时间、采集时间对应的声信号的频率和振动幅值，所述3D瀑布图中叶片数为K的叶片引起的尾流频率线为K线；
[0016]S22、将3D瀑布图转变为不同时刻下的2D频谱图，K线为按时间序列排的K点；
[0017]S23、对于t
i
时刻选择t
i
‑1‑
t
i
的时间区间，与时间区间对应有窗口，对该窗口内的时域信号进行傅里叶频谱变换，获得频谱信号数据并保存在数组FD[I][i]里，i＝1，2，3...，Nf；其中，I对应表示t
i
时刻，i对应频率的下标，Nf对应最高频率的下标，最高频率是采集频率的一半，即Fmax＝Fr/2，Nf同时也是FD数组的数据总数目；FD值为振动幅值；与i对应的频率为Fri＝i*Fmax/Nf＝i*Fr/(2*Nf)。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，对所有的FD[I][i]进行比较选出最大者，对应的i就是K点的最终频率的下标。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，对所有的FD[I][i]进行比较选出最大者，具体包括以下步骤：
[0020]S31、对每个t
i
时刻保存Nm个K点信息L[I][j]，Nm＝5～20，其中，L为FD[I][i]中的下标i值，j表示第j个保存的K线信息，I与FD[I][i]中的I相同；
[0021]S32、按振动幅值大小顺序重新排列，最大者放入L[I][0]，第二大者放入L[I][1]，依此类推；
[0022]其中，设发动机额定转速为ne，当计算出来的转速：n＞1.05*ne时，予以过滤，不保存在L[I][j]里。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，设置一个数组R[]用于存放各个时刻的发动机转速，L保存的是频率：f
ex
，最终得到：R[I]＝L[I][0]*Fmax/Nf*60/K(rpm)。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，当Ki与Ki
‑
1和Ki+1在K线中连成的直线距较大时，修正Ki取点：从L[I][1～Nm
‑
1]里选一个与该直线距离最近的取代原来的Ki，设距离最近为L[I][j]，则有：R[I]＝L[I][j]*Fmax/Nf*60/K(rpm)。
[0025]一种基于声信号的航空发动机转速计算系统，包括：
[0026]选择模块，用于选择待测发动机中声信号最强的静子叶片并以其叶片数作为K值；
[0027]采集模块，用于采集所述静子叶片的声信号，并对于某一时刻的声信号的时域信号进行傅里叶频谱变换，获得该时刻所有频谱信号数据；
[0028]频率处理模块，用于在所有频谱信号数据中选择信号幅值最大的信号对应的频率，作为该时刻的最终频率；
[0029]转速计算模块，用于根据最终频率与K值的比值，得到该时刻的发动机转速。
[0030]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的一种基于声信号的航空发动机转速计算方法的步骤。
[0031]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上所述的一种基于声信号的航空发动机转速计算方法的步骤。
[0032]本专利技术的有益效果：本专利技术提出通过声信号来反求航空发动机转子转速信息的方法，为基于声信号的航空发动机故障诊断提供所必需的转速信息；本专利技术方法间接根据测得的声信号反求出航空发动机转子转速信息，不必额外加装测速装置，影响发动机正常工作，使得为基于声信号的航空发动机故障诊断提供依据更准确，提高发动机安全性、可靠性、维护性、经济性。
附图说明
[0033]图1是本专利技术方法流程示意图；
[0034]图2是本专利技术气流流过圆柱引起压力波动示意图；
[0035]图3是本专利技术声信号3D瀑布图示意图；
[0036]图4是本专利技术局部放大的3D瀑布图；
[0037]图5是本专利技术时域图的时间划分示意图；
[0038]图6是本专利技术t
i
时刻K点转速示意图；
[0039]图7是本专利技术多条K线示意图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0041]参考图1，本专利技术提供了一种基于声信号的航空发动机转速计算方法，包括以下步骤：
[0042]S1、选择待测发动机中声信号最强的静子叶片并以其叶片数作为K值；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
60/K(rpm)。8.一种基于声信号的航空发动机转速计算系统，其特征在于：包括：选择模块，用于选择待测发动机中声信号最强的静子叶片并以其叶片数作为K值；采集模块，用于采集所述静子叶片的声信号，并对于某一时刻的声信号的时域信号进行傅里叶频谱变换，获得该时刻所有频谱信号数据；频率处理模块，用于在所有频谱信号数据中选择信号幅值最大的信号对应的频率，作为该时刻的最终频率；转速计算模块，用于根据最终频率与K值的比值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵运生，代钰，薛园园，丁建国，蔡显新，
申请(专利权)人：太仓点石航空动力有限公司，
类型：发明
国别省市：