倍頻和虛假倍頻的特點(diǎn)分析，確定真實(shí)存在的倍頻 分量，剔除虛假倍頻分量，達(dá)到了去偽存真之目的。3、本發(fā)明由于采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的 方式，操作步驟簡(jiǎn)單易行。本發(fā)明應(yīng)用于壓力脈動(dòng)測(cè)量分析中虛假倍頻成分的辨別和剔除； 還可以在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)、擺度等類似周期性信號(hào)分析領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0014] 圖1是常規(guī)渦帶壓力脈動(dòng)波形示意圖；
[0015] 圖2是各種鋸齒波及FFT分析結(jié)果示意圖；其中，圖2. 1是對(duì)稱型鋸齒波及FFT分 析結(jié)果示意圖；圖2. 2是緩升急降型鋸齒波及FFT分析結(jié)果示意圖；圖2. 3是急升緩降型鋸 齒波及FFT分析結(jié)果示意圖；
[0016] 圖3是水輪機(jī)壓力脈動(dòng)曲線分析出的倍頻狀況示意圖；其中，圖3. 1是某混流式水 輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)曲線示意圖；圖3. 2是某混流式水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)曲線示意圖；圖3. 3 是貫流式水輪機(jī)模型在尾水管錐段4號(hào)測(cè)壓點(diǎn)測(cè)量的壓力脈動(dòng)曲線及分析結(jié)果；圖3. 4是 貫流式水輪機(jī)模型在尾水管錐段2號(hào)測(cè)壓點(diǎn)測(cè)量的壓力脈動(dòng)曲線及分析結(jié)果；在圖3. 3及 圖3. 4中，Max、Min分別指最大值和最小值，Pk-Pk是指"峰峰值"，即最大值和最小值之差， Ampl是FFT分析出的最大分量幅值，Max、Min、Pk-Pk和Ampl的單位均為kPa;
[0017] 圖4是IEC60193等標(biāo)準(zhǔn)引用的壓力脈動(dòng)曲線示意圖；其中，圖4. 1是某水栗水輪 機(jī)模型在水栗工況壓力脈動(dòng)示意圖；圖4. 2是某混流式水輪機(jī)模型在部分負(fù)荷時(shí)壓力脈動(dòng) 示意圖；圖4. 3是某混流式水輪機(jī)模型在較高負(fù)荷時(shí)壓力脈動(dòng)示意圖；圖4. 4是某混流式 水輪機(jī)模型在滿負(fù)荷時(shí)壓力脈動(dòng)示意圖；爲(wèi)表示尾水管錐管下游側(cè)壓力脈動(dòng)，爲(wèi)表示尾 水管錐管上游側(cè)壓力脈動(dòng)，I3表示蝸殼進(jìn)口壓力脈動(dòng)；
[0018] 圖5是貫流式水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)分析的高倍頻分量示意圖，圖中Max、Min分別 指最大值和最小值，Pk-Pk是指"峰峰值"，即最大值和最小值之差，Ampl是FFT分析出的最 大分量幅值，Max、Min、Pk-Pk和Ampl的單位均為kPa;圖5. 1和圖5. 2對(duì)應(yīng)的測(cè)試工況不 同，在圖5. 1中，轉(zhuǎn)速頻率fn= 16. 2375Hz，而圖5. 2中fn= 15. 339Hz。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明提供一種真假倍頻壓力脈動(dòng)信號(hào)的區(qū)分方法，該壓力脈動(dòng)信號(hào)包括倍頻壓 力脈動(dòng)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)，本發(fā)明基于傅里葉變換特性的分析辨別模式，區(qū)分非調(diào)諧波和調(diào) 諧波的不同特點(diǎn)，在查清FFT技術(shù)自身缺陷的基礎(chǔ)上，將FFT分析出的頻譜曲線和壓力脈動(dòng) 時(shí)域曲線的詳細(xì)分析相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)因技術(shù)原因憑空捏造的假倍頻分量，確定真實(shí)存在的倍 頻分量，去偽存真。
[0020] 在本發(fā)明的方法中，提出了"虛假倍頻"這一概念。之所以通過快速傅里葉變換 (FFT)會(huì)憑空捏造出所謂的"虛假倍頻"，其原因在于：（1)傅里葉變換采用調(diào)諧波組成的有 限級(jí)數(shù)來組成離散的非調(diào)諧波波形時(shí)，只有虛擬出多階倍頻成分的調(diào)諧波才能組合出基礎(chǔ) 頻率的非調(diào)諧波；（2)在水力機(jī)械測(cè)量的壓力脈動(dòng)信號(hào)中，許多是非調(diào)諧波，有比較對(duì)稱的 鋸齒波，有急升緩降的鋸齒波，也有急降緩升的鋸齒波，還有急升急降的平頂或平底波等， 都不是標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)諧波。因此，在用快速傅里葉變換將這些非調(diào)諧信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)諧波時(shí)，可能 會(huì)"捏造"出一些不存在的所謂倍頻信號(hào)。為分辨出壓力脈動(dòng)信號(hào)的真假倍頻分量，查找出 真正的倍頻分量產(chǎn)生原因，而不致被假倍頻引入歧途，有必要發(fā)明一種辨別FFT頻譜分析 真假倍頻分量的方法。
[0021] 區(qū)分真假壓力脈動(dòng)信號(hào)分析方法在對(duì)壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT) 并發(fā)現(xiàn)倍頻分量后進(jìn)行。也就是說，在分析的頻譜曲線中，不僅發(fā)現(xiàn)了某一頻率f?的分量幅 值比較突出，還發(fā)現(xiàn)了該頻率的其它倍頻成分（如2f、3f、4f等等）也比較突出，這些比較 突出的倍頻成分就是所謂的倍頻分量。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022] 本發(fā)明的真假倍頻壓力脈動(dòng)信號(hào)的區(qū)分方法步驟如下：
[0023] 1)查清水力機(jī)械設(shè)備的基本參數(shù)、測(cè)試壓力脈動(dòng)時(shí)的工況參數(shù)以及壓力脈動(dòng)的測(cè) 量部位和測(cè)量分析方法；
[0024] 其中，水力機(jī)械設(shè)備的基本參數(shù)包括轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)Z、活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)Z。、固定導(dǎo)葉數(shù)Zv 等幾何參數(shù)；如測(cè)量的是貫流式水輪機(jī)，則還需查清其支墩數(shù)量。
[0025] 測(cè)試壓力脈動(dòng)時(shí)的工況參數(shù)主要是水輪機(jī)或水栗轉(zhuǎn)速n和工頻頻率等。
[0026] 壓力脈動(dòng)的測(cè)量部位主要包括蝸殼進(jìn)口、尾水管錐段、尾水管肘管及水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 進(jìn)口等，而測(cè)量分析方法包括采集頻率、采集及分析點(diǎn)數(shù)等。
[0027] 2)查找虛假倍頻分量，對(duì)照壓力脈動(dòng)信號(hào)的波形（指時(shí)域曲線）和頻譜曲線，排 除各種鋸齒波可能"捏造"出的虛假分量，可根據(jù)倍頻情況檢查壓力脈動(dòng)波形是否會(huì)"捏造" 出這些頻率，列出疑似虛假倍頻的頻率清單。
[0028] 其中，查找方法步驟如下：
[0029] (1)查找存在倍數(shù)關(guān)系的頻率成分，確定基頻的頻率值f及幅值a，并進(jìn)一步查清 其2倍頻、3倍頻等N倍頻分量的頻率及幅值。需要注意的是，此處的基頻不一定是主頻（幅 值最高的分量頻率），其它倍頻和基頻的倍數(shù)也不一定是非常嚴(yán)格的整數(shù)，只要能滿足是基 頻的（〇. 99~I. 01)N倍即可認(rèn)為是倍頻分量；N為整數(shù)，N= 2、3、4……。
[0030] (2)對(duì)存在兩個(gè)以上倍頻分量的壓力脈動(dòng)時(shí)域曲線進(jìn)行比較分析，一是判斷該曲 線是否為鋸齒波，如果是則還需要查清該曲線是對(duì)稱型、急升緩降型還是急降緩升型。
[0031 ] (3)如果FFT分析的頻譜存在基頻f和基頻f的奇數(shù)倍頻成分，且各倍頻分量的幅 值依次降低，而偶數(shù)倍頻成分基本不存在，分析的壓力脈動(dòng)時(shí)域曲線如呈比較標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)稱 鋸齒波，則判斷出3f、5f、7f等奇數(shù)倍倍頻分量為虛假倍頻（如圖4. 4所示）；前述"基本不 存在"是指偶數(shù)倍頻成分的幅值為〇或與周圍其它雜波分量幅值差別很小；
[0032] (4)如果FFT分析的頻譜存在基頻f和2f、3f、4f等各倍頻成分，且各倍頻分量的 幅值依次降低，分析的壓力脈動(dòng)時(shí)域曲線如呈急升緩降（如圖3. 1、圖4. 3所示）、急降緩升 或急升急降（如圖3.2中PP_401曲線所示）鋸齒波，則可基本判定2f、3f、4f等倍頻分量 為虛假倍頻。
[0033] (5)如果FFT分析的頻譜存在基頻f和2f、3f、4f等各倍頻成分，各倍頻分量的幅 值依次降低，分析的壓力脈動(dòng)時(shí)域曲線如呈急升緩降、急降緩升或急升急降鋸齒波，且個(gè)別 分量的幅值比其前一個(gè)倍頻的幅值還高（如圖3. 3所示，幅值最高的頻率f= 16. 3Hz，2f和 3f?的幅值都比較突出，但3f的幅值大于2f幅值），或幅值沒有依次降低（如圖3. 4所示， 幅值最高的頻率f= 16. 3Hz，2f比f的幅值下降較多，但3f的幅值沒有比2f?幅值進(jìn)一步 降低），則應(yīng)進(jìn)入步驟3)，進(jìn)一步判斷該倍頻是否是真實(shí)倍頻。
[0034] 3)進(jìn)一步證實(shí)倍頻分量真假，對(duì)照測(cè)量壓力脈動(dòng)波形的工況及水力機(jī)械設(shè)備自身 的物理參數(shù)判斷是否有物理因素會(huì)產(chǎn)生步驟2)中所列出的疑似虛假倍頻分量，以確定這 些倍頻分量的真假。其步驟為：
[0035] (1)如果存在倍頻成分的壓力脈動(dòng)的基