一種基于多點冒泡法的轉速高齒識別方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于信號處理技術，涉及一種基于多點冒泡法的轉速高齒識別方法。
【背景技術】
[0002]在發動機數控系統中，轉速傳感器采集的信號是發動機關鍵控制信號中的轉速信號。帶有高齒的轉速傳感器是航空發動機控制系統中特有的傳感器，用于對關聯的轉子同時進行轉速檢測和轉子定位。通過對高齒波形進行實時識別，可以定位轉子的位置，再結合振動信號的處理，就能夠對航空發動機的轉動健康狀況進行檢測，有助于提高飛機的安全性和維修性。
[0003]以磁電式轉速傳感器為例，如圖1所示，轉速傳感器信號由于傳感器線圈的磁通被轉動的齒切割而產生，每經過I個音輪齒產生I個波形。如圖2所示，傳感器信號在高轉速時呈現連續周期的正弦波，在低轉速時呈現不連續的正弦波，且信號波形的幅值與轉速成正比。此外齒的加工缺陷或者外部電氣環境常常會弓丨入高頻干擾。
[0004]一般的方法通常只能處理高頻時波形連續性較好和幅值較大的場合，識別范圍窄；此外由于波形形狀不理想，對幅值的提取往往不夠準確；抗干擾能力不足也影響到高齒識別的實時性和準確性。
[0005]從國內航空發動機全權限數字電子控制技術開始研究到產品投入使用至今，帶有高齒的轉速傳感器在國內航空領域是首次使用，缺少成熟的高齒波形識別方法。設計一種識別范圍大、準確性好、實時性強的高齒波形識別方法迫在眉睫。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是:提供一種識別范圍大、準確性好、實時性強的轉速高齒識別方法。
[0007]本發明的技術方案是:利用現場可編程門陣列(FPGA)制作的處理器來控制模數轉換器(A/D)對帶有高齒的轉速信號進行高速采集，通過設置識別閾值和數字低通濾波的方法將每個音輪齒對應的波形進行有效識別，運用多點冒泡法進行波形幅值提取，根據先入先出的幅值比較方法進行高齒識別。
[0008]一種基于多點冒泡法的轉速高齒識別方法，該方法包括以下步驟:
[0009]A、對轉速信號進行幅值放大調理；
[0010]B、通過A/D對調理后的信號進行高速采集；
[0011]C、通過實時比較A/D采集值和閾值電平的方式，將轉速信號的波形識別出來，在波形識別過程結束時，通過比較采集點數和閾值點數的方式，判斷識別波形是否有效；
[0012]D、將有效識別的波形的幅值提取出來，得到一個與波形幅值成正比的數值結果；
[0013]E、將幅值提取的數值結果保存下來，并且與上次保存的結果進行比較，如果大于前一結果超過Q%，Q%為高齒波形幅值大于普通齒波形幅值的最小閾值，則認為當前結果對應的波形可能是高齒波形，反之則認為不是高齒波形，將比較的結果也保存下來，
[0014]F、將當前的比較的結果，即第M+N+1個比較的結果，與第M+1個比較的結果進行判斷，N為轉速傳感器的總的音輪齒數，M為自然數，假如二者都對應高齒波形，則確認當前的結果對應的是高齒波形。
[0015]所述的步驟B中，A/D的采集頻率至少要超過原轉速信號最高頻率的10倍。
[0016]所述的步驟C中，識別的波形可以是正半周、負半周和全周。當識別正半周時，其方法采用了如下步驟:
[0017]Cl、設置正半周進入閾值電平、正半周退出閾值電平和識別有效閾值點數，
[0018]C2、當高速采集的數值連續若干個高于正半周進入閾值電平，則識別出轉速電信號進入了正半周；當高速采集的數值連續若干個低于正半周退出閾值電平，則識別出轉速電信號退出了正半周；
[0019]C3、檢查正半周內的高速采集點數是否超過設置的識別有效閾值點數，如果超過的話說明波形寬度滿足要求，則識別波形有效；如果沒有超過的話說明波形寬度過窄，則識別波形無效。
[0020]所述的步驟D中，波形的幅值提取的方法為:將有效波形內高速采集的數值依照多點冒泡法從大到小排序，在有效識別過程結束時，將最大的若干個點的數值加起來得到一個與波形幅值成正比的數值結果。
[0021]所述的步驟F中，比較結果的保存方式為先入先出方式，只同時存有N+1個結果。當第M+N+1個和第M+1個比較的結果都為高齒波形，則可以確認當前波形為高齒波形，處理器由未識別狀態進入識別狀態。識別狀態下只需要對第M+2N+1個結果進行再次確認即可維持識別狀態，如果過程中出現高齒波形的比較結果，可認為是強干擾信號。一旦再次確認失敗，處理器從識別狀態返回未識別狀態，重新開始識別過程。
[0022]本發明的優點是:
[0023]1、對傳感器電信號進行高速采集和數字濾波，提高了波形識別和幅值提取的準確性和實時性。
[0024]2、通過多點冒泡法將信號波形的幅值對應值提取出來，可以適應較大的轉速范圍。
[0025]3、將幅值比較的結果以先入先出的方式保存，并且根據傳感器總的音輪齒數來確認聞齒波形，提聞了聞齒識別的準確性和實時性。
【附圖說明】
[0026]圖1是帶有高齒的磁電式轉速傳感器的結構示意圖；
[0027]圖2是帶有高齒的磁電式轉速傳感器的信號波形圖；
[0028]圖3是本發明的基于多點冒泡法的轉速高齒識別方法實施例中的硬件結構圖；
[0029]圖4是本發明的基于多點冒泡法的轉速高齒識別方法實施例中的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]一種基于多點冒泡法的轉速高齒識別方法，該方法包括以下步驟:
[0031]A、對轉速信號進行幅值放大調理，由于轉速信號的幅值隨轉速變化，要保證在高轉速時信號幅值不會超出A/D的采集范圍，同時在低轉速時信號幅值不會太小；
[0032]B、通過A/D對調理后的信號進行高速采集；
[0033]C、通過實時比較A/D采集值和閾值電平的方式，將轉速信號的波形識別出來，在波形識別過程結束時，通過比較采集點數和閾值點數的方式，判斷識別波形是否有效；
[0034]D、將有效識別的波形的幅值提取出來，得到一個與波形幅值成正比的數值結果；
[0035]E、將幅值提取的數值結果保存下來，并且與上次保存的結果進行比較，如果大于前一結果超過Q%，Q%為高齒波形幅值大于普通齒波形幅值的最小閾值，則認為當前結果對應的波形可能是高齒波形，反之則認為不是高齒波形，將比較的結果也保存下來，
[0036]F、將當前的比較的結果，即第M+N+1個比較的結果，與第M+1個比較的結果進行判斷，N為轉速傳感器的總的音輪齒數，M為自然數，假如二者都對應高齒波形，則確認當前的結果對應的是高齒波形。
[0037]所述的步驟B中，A/D的采集頻率至少要超過原轉速信號最高頻率的10倍，在A/D芯片可以實現的情況采集頻率越高越好，因為在有效識別的波形中采集的個數越多，越有利于波形幅值的提取。
[0038]所述的步驟C中，識別的波形可以是正半周、負半周和全周。當識別正半周時，其方法采用了如下步驟:
[0039]Cl、設置正半周進入閾值電平、正半周退出閾值電平和識別有效閾值點數，
[0040]C2、當高速采集的數值連續若干個高于正半周進入閾值電平，則識別出轉速電信號進入了正半周；當高速采集的數值連續若干個低于正半周退出閾值電平，則識別出轉速電信號退出了正半周；
[0041]C3、檢查正半周內的高速采集點數是否超過設置的識別有效閾值點數，如果超過的話說明波形寬度滿足要求，則識別波形有效；如果沒有超過的話說明波形寬度過窄，則識別波形無效，該過程相當于對轉速信號進行了數字低通濾波，可以降低強干擾破壞高齒波形周期性確認的可能性。
[0042]所述的步驟D中，波形的幅值提取的方法為:將有效波形