2011年7月 李孟麟等：基于叶尖定时的旋转机械叶片振动信号重建

101

转速下气体激振所产生的叶片振动信号。单支叶尖定时传感器采样频率等于转速频率127 Hz，五均布传感器采样频率为635 Hz。

分析原因可能是由转子不平衡等因素引入的。这些都是造成重建信号频域产生误差的原因；在时域内，图7a中“ ”表示用于信号重建的五均布采样点，“*”表示三均布传感器采样点，可见重建后的信号准确囊括了三均布采样点的信号，因此它基本反映了叶片振动信号的时域特征，从中可以得到振动瞬时值及峰值等参数。

图5 叶片振动参数测量试验平台

图7 叶片振动重建信号

五均布采样点 * 三均布采样点 —— 重建信号

图6 叶片振动五均布采样信号

根据信号频谱可知该转速下叶片振动主要为单一频率的简谐振动，同时伴随有其他频率的干扰信号。由于图6所示五均布传感器采集的振动信号是欠采样信号，无法直观得到其频率信息，通过“5+2”频率辨识法[1]判断叶片振动频率为1 821 Hz，由于叶片转动时的振动频率与静止时分析的固有频率相比会随转速升高而增大，因此其结果与先验知识相吻合，可将其作为判断振动信号中心频率的 依据。

对采用上述五均布传感器采集的欠采样信号进行叶片振动信号重建，取采样数据长度N=512，中心频率f0=1 800 Hz，样条函数阶数n=6，结果如图7所示。

从图7中可见重建信号频谱峰值出现在1 890 Hz附近，与原辨识频率1 821 Hz相比有一定偏移。由于传感器采集的信号包含有白噪声成分，信号并非严格带限；另外分析图8所示的采样范围内转速变化曲线，发现转子转速以某一频率成周期性变化，

转子故障诊断依据中的一个关键参数就是叶

片振动幅值。通过叶尖定时传感器获取各叶片离散时刻的振动位移，重建得到振动信号波形，重建时域范围内的峰值作为该转速下的振动幅值，观察叶片间振幅分布，分析振动模态可以得到转子失调等故障信息。通过改变图5所示试验台转子部分叶片厚度可构建不同的振动特征，利用有限元模型仿真叶盘受迫振动响应的差异和规律，在只改变4号叶

图8 转子转速变化