(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210741417.8 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 北京化工大 学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路15 号 (72)发明人 冯坤　肖袁　李周正　 (74)专利代理 机构 北京华智 则铭知识产权代理 有限公司 1 1573 专利代理师 王昌贵 (51)Int.Cl. G06K 9/00(2022.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于机匣宽频信号的航空发动机瞬态转频 精确提取方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于机匣宽频信号的航空 发动机瞬态转频精确提取方法， 转子、 叶片是航 空发动机最重要、 最易发生故障的部件， 准确、 实 时的特征频率提取对于航空发动机故障诊断尤 为重要。 针对目前方法难以快速、 准确地从机匣 信号中提取转频的缺陷， 提出基于稀疏 ‑谐波乘 积谱的航空发动机机匣宽频信号瞬态转频精确 提取方法。 该方法利用了宽频机匣振动信号叶片 通过频率与基频呈固定倍数的特性， 通过一系列 的上采样方法计算基频的准确值， 并将频谱稀 疏 化从而加快计算速度。 本发明提取出的精确转频 能直接计算出当前时刻下叶片通过频率或其他 与转频相关特征频率， 弥补了传统方法特征提取 精度低、 运算速度慢的缺陷， 为航空发动机实时 故障诊断奠定 了基础。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115130507 A 2022.09.30 CN 115130507 A 1.一种基于机匣宽频信号的航空发动机瞬态转频精确提取方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 1)测量航空发动机机匣宽频振动信号x(t)、 转速Ω； 计算机匣宽频振动信号频谱X (ω)； 2)频谱稀疏化： 任取2级转子叶片， 叶片数分别为n1， n2； 设转速采集存在10％的误差， 因 此保留频谱中频率区间为[90％Ω， 110％Ω]， [90％Ωn1， 110％Ωn1]， [90％Ωn2， 110％Ω n2]内的值， 其 余值置零或舍去； 3)计算稀疏乘积算子： 将步骤2)中计算的稀疏频谱分别上采样n1n2， n2， n1倍并将其点 乘， 得到的结果即为稀疏乘积算子； 4)计算稀疏谐波乘积谱： 由于步骤3)中计算的稀疏乘积算子采取了上采样的计算方 法， 因此将稀疏乘积算子尺度变换至真实频率区间内即可获得稀疏谐波乘积谱； 5)根据稀疏谐波乘积谱提取转频： 在稀疏谐波乘积谱中， 基频所处位置的幅值已经被 多次乘积而放大， 其余无关频率及噪声被置0， 因此通过峰值搜索即可确定准确的基频频 率。 2.根据权利要求1所示一种基于机匣宽频信号的航空发动机瞬态转频精确提取方法， 其特征在于， 所述 步骤2)中： 任取2级转子叶片， 叶片数分别为n1， n2； 设转速采集存在10％的误差， 因此保留频谱中 频率区间为[90％Ω， 110％Ω]， [90％Ωn1， 110％Ωn1]， [90％Ωn2， 110％Ωn2]内的值， 其 余值置零或舍去。 3.根据权利要求1所示一种基于机匣宽频信号的航空发动机瞬态转频精确提取方法， 其特征在于， 所述 步骤3)中； 计算稀疏乘积算子： 将步骤2)中计算的稀疏频谱分别上采样n1n2,n1,n2倍并将其点乘， 得到的结果即为稀疏乘积算子 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115130507 A 2基于机匣宽频信号的航空发动机瞬态转频精确提取方 法 技术领域 [0001]本发明属于信号处理领域， 涉及特征提取方法， 特别涉及一种基于机匣宽频信号 的航空发动机瞬态转频精确提取的方法。 背景技术 [0002]高低压转子、 叶片等是航空发动机关键 的部件， 其运行状态直接影响着整台发动 机的性能。 因此， 对航空发动机高低压转子及叶片进行实时监控与故障诊断具有重要的意 义。 基于振动信号的故障诊断方法是最常用的方法之一， 无论是对转子或叶片的监测， 首要 的思路都是从机匣诊断信号中提取振动信号精确的转频。 [0003]然而， 机匣信号成分复杂、 转频幅值微弱， 难以直接提取； 发动机自带转速信号采 样率低， 且又会存在一定误差， 只能作为参考。 一些传统的转频修正方法需要较高精度的转 频做参考， 难以直接运用于机匣信号中； 同步挤压变换等时频后处理方法运算时间长， 无法 满足实时监测的需求。 谐波乘积谱法可以根据倍频之间的关系较为准确的凸显转频， 但其 提取精度取决于原始信号的频谱分辨率。 即便原始信号频谱分辨率可以达到1Hz， 那么乘上 叶片数时误差将会线性扩大至几十赫兹甚至上百。 因此如何快速、 准确 提取瞬态下航空发 动机基频仍然是故障诊断领域中一个亟需解决的难题。 发明内容 [0004]为了解决现有技术的问题， 本发明实施例提供了一种基于机匣宽频信号的航空发 动机瞬态转频精确提取 方法。 所述 技术方案如下： [0005]提供了一种基于机匣宽频信号的航空发动机瞬态转频精确提取方法， 包括以下步 骤： [0006]1)测量航 空发动机机匣宽频振动信号x(t)、 转速 Ω； 计算机匣宽频振动信号频谱X (ω)； [0007]2)频谱稀疏化： 任取2级转子叶片， 叶片数分别 为n1， n2。 设转速采集存在10％的误 差， 因此保留频谱中频率区间为[90％Ω， 110％Ω]， [90％Ωn1， 110％Ωn1]， [90％Ωn2， 110％Ωn2]内的值， 其 余值置零或舍去； [0008]3)计算稀疏乘积算子： 将步骤2)中计算的稀疏频谱分别上采样n1n2， n2， n1倍并将 其点乘， 得到的结果即为稀疏乘积算子； [0009]4)计算稀疏谐波乘积谱： 由于步骤3)中计算的稀疏乘积算子采取了上采样的计算 方法， 因此将稀疏乘积算子尺度变换至真实频率区间内即可获得稀疏谐波乘积谱； [0010]5)根据稀疏谐波乘积谱提取转频： 在稀疏谐波乘积谱中， 基频所处位置的幅值已 经被多次乘积而放大， 其余无关频率及噪声被置0， 因此通过峰值搜索即可确定准确的基频 频率。 [0011]进一步地， 所述步骤2)中： [0012]任取2级转子叶片， 叶片数分别 为n1， n2。 设转速采集存在10％的误差， 因此保留频说　明　书 1/4 页 3 CN 115130507 A 3