具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

相关技术中的发动机振动监视系统可以如图1所示，主要包括加速度传感器、转速传感器、振动监视装置等。

加速度传感器一般安装在机匣或轴承处，将所测位置的振动加速度转换为电荷信号输出，如图2所示。磁电式转速传感器受转子上音轮齿对磁阻的影响，输出与转子转速成比例(与音轮齿个数有关)的交变电压波形，如图2所示。为标记风扇的绝对位置，音轮齿上设置一个高齿/低齿(以下以高齿为例)，当高齿经过转速传感器时，转速传感器输出的电压较其它音轮齿经过时输出的电压幅值高。发动机振动监视装置通过在配平转速下采集经信号调理后的加速度信号和转速信号，经内置算法可计算出基频(与风扇转子同频)振动幅值以及与高齿之间的相位差，从而获取不平衡量。经影响系数法等算法，可以给出配平建议(如需增减的质量块重量、位置等)。

在EVM或EMU等发动机振动监视装置的研制测试过程中，以转子试验台等试验装置测试验证EVM或EMU等发动机振动监视装置的性能，灵活性低、成本高，且精确测量和调整压电式加速度传感器输出的电荷信号与转速传感器高齿/低齿信号之间的相位较为困难。

本公开的信号模拟装置的一些实施例的示意图如图3所示。

数据获取模块301，能够获取目标参数和原始波形数据。目标参数包括目标幅值、目标相角和目标转速，原始波形数据包括振动原始波形数据和转速原始波形数据。在一些实施例中，数据获取模块301可以从存储器提取原始波形数据，可以获取来自上位机或通过控制面输入的目标参数。

在一些实施例中，测试人员可以根据需求设置需要的目标参数，任意设定振动幅值的大小、振动信号和转速信号之间的相位以及转速，从而解决现有转子台或发动机通过质量块调整振动值不灵活、通过质量块调整相位不灵活，以及转速调整不灵活的问题，提高测试数据的灵活度。在一些实施例中，可任意设定传感器波形数据为低齿或者高齿，以适应不同音轮类型的测试，扩展信号模拟装置的应用范围。

波形调节模块302，能够根据来自数据获取模块的目标幅值、目标相角，调节原始波形数据，获取第一波形数据，其中，第一波形数据包括第一振动波形数据和第一转速波形数据。在一些实施例中，如图3B所示，波形调节模块可以包括幅值控制单元312和相角控制单元322。幅值控制单元312能够根据目标幅值调节原始波形数据的幅值；相角控制单元322能够根据目标相角确定从调节幅值后的第一波形数据中提取振动波形数据和转速波形数据的相位差，获取第二波形数据。

数模转换模块303，能够接收来自波形调节模块的第一波形，根据目标转速将第一波形数据转换为模拟信号，获取第二波形数据，其中，第二波形数据包括第二振动波形数据和第二转速波形数据。

同步控制模块304，能够控制数模转换模块同时执行：将第一振动波形数据转换为第二振动波形数据，和将第一转速波形数据转换为第二转速波形数据。

电荷转换模块305，能够将第二振动波形数据转换为电荷信号形式的第三振动波形数据。在一些实施例中，电荷转换模块包括将电压形式的波形信号转换为电荷信号的串联电容。

输出模块306，能够输出第二转速波形数据和第三振动波形数据，以便作为发动机振动监视装置的测试数据。

这样的装置能够通过模拟的方式生成振动波形和转速波形信号，以此作为对发送机振动监视系统的测试基础，从而不限于采用转子台或发动机进行测试，从场地占用、测试参数配置方面均能提高灵活度，也能够提高测试的全面性。

在一些实施例中，如图3所示，信号模拟装置还可以包括低通滤波模块307，能够接收来自数模转换模块的第二波形数据，通过低通滤波消除频率高于预定频率的谐波信号，将滤波后的第二振动波形数据发送给电荷转换模块，将滤波后的第二转速波形数据发送给输出模块。

这样的装置能够过滤掉数模转换后生成的高频谐波信号，提高生成的用于测试的输出信号的准确度，提高测试的可靠性，增加测试驱动能力。

在一些实施例中，如图3C所示，波形调节模块302可以包括振动波形调节模块332和转速波形调节模块343，振动波形调节模块332根据原始振动波形数据生成第一振动波形数据，转速波形调节模块342根据原始转速波形数据生成第一转速波形数据。在一些实施例中，振动波形调节模块332和转速波形调节模块343分别包括幅值控制单元312和相角控制单元322。数模转换模块303包括振动波形数模转换模块313和转速波形数模转换模块323，振动波形数模转换模块313与振动波形调节模块332连接，转速波形数模转换模块323与转速波形调节模块322连接。同步控制模块304能够控制振动波形数模转换模块312和转速波形数据转换模块322同步执行数模转换。

这样的装置能够通过不同模块分别处理振动波形数据和转速波形数据，降低对单个模块的处理能力要求，也避免相互影响；通过同步控制模块对不同模块处理的波形数据进行同步，保证测试数据的同步。

在一些实施例中，存储器中可以存储有根据实际试验生成的发动机或者转子台的真实振动和转速波形数据，供数据获取模块301提取，支持风扇转子配平算法的研制和测试，提高测试数据的可靠性和真实性。

在一些实施例中，信号模拟装置还可以包括控制器308，如上位机或微处理器，能够供用户设置测试模式，例如设置单次测试、连续测试、电荷采集精度测试、相角采集稳定性测试、转速采集精度测试等对应的参数，实现程序化、自动化测试，与利用转子台或者发动机测试相比更为便捷，测试效率更高。

本公开的信号模拟装置的一些实施例的运行逻辑示意图如图4所示。

在401中，获取设置的振动及转速信号幅值、相角、发动机转速等参数信息，在411中获取已存储的振动原始波形数据和在421中获取转速原始波形数据。

在412和422中分别根据401中获取的参数信息对振动原始波形数据和转速原始波形数据进行幅值控制，在413和423中分别根据401中获取的参数信息对振动原始波形数据和转速原始波形数据进行相角控制。

根据所设置的相角，按照一定的相位差从上述新生成的波形数据中分别取波形，分别将振动波形数据和转速输出给数模转换器414和数模转换器424，以达到相角控制的目的。通过同步控制402根据所设置的转速，计算响应的模数转换间隔时间，然后控制两个模式转换模块同时将上述波形数据转换为模拟信号。

低通滤波器415和425分别对每一路数模转换输出信号进行滤波，以消除数模转换输出的高频谐波信号。

在416中，采用串联电容的方式将电压形式的振动波形信号转换为电荷信号，以模拟压电式加速度传感器的信号输出特性。

这样的信号模拟装置基于上述运行逻辑，能够通过电子电路模拟转子台或者发动机的振动传感器和转速传感器输出信号，提高测试的灵活度；使用上位机通过通讯接口对信号模拟装置进行控制，设置振动和转速信号的幅值、相位、转速、测试模式(连续、单次等)等信息，以实现程序化、自动化测试。

本公开的信号模拟装置的又一些实施例的示意图如图5所示。信号模拟装置可以采用具有相位调节和同步输出功能的高速模拟信号输出板卡和电荷转换模块实现，也可以通过专用硬件电路实现。

SOC(System-on-a-Chip，片上系统)芯片504通过RS232串行接口(异步传输标准接口)502接收上位机501发送的振动和转速信号的幅值、相角、转速等信息，从Flash 503中读取振动和转速波形的原始数据，然后通过内置的程序计算出符合目标幅值的振动和转速波形数据并存储在SRAM中，再根据相位差要求，从SRAM(Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器)505中读取波形数据输出给D/A(Digital to Analog，数模)转换器506，并根据转速要求同步触发D/A转换器的各个通道，控制D/A转换器同步输出振动和转速的模拟电压信号，经低通滤波器507滤除高频噪声信号以及增加驱动能力，其中振动电压信号经串联电容进行电荷转换508，转换为电荷信号输出，转速电压信号可以直接输出。

在一些实施例中，SOC可采用Xlinx公司的Zynq-7000 SOC系列的XC7Z015片上系统芯片。该SOC包含Dual-Core ARM Cortex-A9MPCore，最高支持866MHz，支持外部扩展DDR3SRAM和Quad-SPI Flash，支持SPI、I2C、UART通信，同时片内包含Artix-7系列FPGA单元。

在一些实施例中，D/A转换器可采用Analog Devices公司的AD5754集成芯片。AD5754为四通道输出、16位、串行输入、双极性、电压输出、建立时间10us、内置基准电压的数模转换器。通过SPI接口与SOC相连，接收SOC发出的指令，并转换为各通道的模拟电压进行输出。

在一些实施例中，低通滤波器可采用两片Texas Instruments公司的OPA2277，搭建两路二阶巴特沃兹低通滤波器，其截至频率应设置为大于5倍振动和转速信号最高频率并小于5倍D/A转换器输出刷新频率，以滤除D/A转换输出的高频噪声信号并增加信号驱动能力。

在一些实施例中，电荷转换模块可采用1％精度的多层陶瓷电容串联到低通滤波器输出的振动模拟电压信号中，将电压信号转换为电荷信号。

在一些实施例中，RS232接口可采用Linear Technology公司的LTC2802集成电路。LTC2802的供电范围为1.8V～5.5V，支持全双工1Mbps通信LTC2802将MCU的UART接口转换为RS232电平，以实现与上位机通信。

在一些实施例中，上位机采用Labview在计算机上实现，其中需设置的幅值、相角、转速等以文本输入控件实现输入，测试模式(单次测试、连续测试、电荷采集精度测试、相角采集稳定性测试、转速采集精度测试、高齿/低齿等)等以下拉列表控件实现输入，在完成以上信息采集后，将上述数据加入帧头和帧尾识别标志，通过VISA控件实现计算机串行COM口与信号模拟装置RS232接口的通信。

这样的信号模拟装置采用电子硬件方式，同步输出所希望的振动和转速信号，并可在上位机和微处理器的控制下，调整振动信号和转速信号的幅值、频率、以及二者之间的相位差，从而模拟发动机传感器信号，支持完成EVM或EMU等发动机振动监视装置的测试，解决现有转子台试验方法难以通过设置不平衡质量块精确设置振动信号和转速信号特性的困难，提高测试精度。同时可以解决现有转子试验台测试方法获取搭建试验设备成本高、占地面积大等问题，对于测试、校准、验证发动机振动监视装置具有重要作用。

本公开的发动机振动监视系统的一些实施例的示意图如图6所示。发动机振动监视系统可以包括上文中提到的任意一种信号模拟装置61，能够生成用于测试的振动波形数据和转速波形数据。发动机振动监视装置62能够根据来自信号模拟装置的振动波形数据和转速波形数据执行性能测试，包括采集信号模拟装置输出振动和转速模拟信号，对所采集的信号进行分析计算，并与设置值进行对比，验证其硬件和软件的功能性能。

这样的系统能够利用通过模拟的方式生成振动波形和转速波形信号作为对发送机振动监视系统的测试基础，从而不限于采用转子台或发动机进行测试，从场地占用、测试参数配置方面均能提高灵活度，也能够提高测试的全面性。

本公开的信号模拟方法的一些实施例的流程图如图7所示。

在步骤701中，获取目标参数和原始波形数据。目标参数包括目标幅值、目标相角和目标转速，原始波形数据包括振动原始波形数据和转速原始波形数据。在一些实施例中，可以从存储器提取原始波形数据，可以获取来自上位机或通过控制面输入的目标参数。

在一些实施例中，测试人员可以根据需求设置需要的目标参数，任意设定振动幅值的大小、振动信号和转速信号之间的相位以及转速，从而解决现有转子台或发动机通过质量块调整振动值不灵活、通过质量块调整相位不灵活，以及转速调整不灵活的问题，提高测试数据的灵活度。在一些实施例中，可任意设定传感器波形数据为低齿或者高齿，以适应不同音轮类型的测试，扩展信号模拟装置的应用范围。

在一些实施例中，可以通过上位机设置测试模式，例如设置单次测试、连续测试、电荷采集精度测试、相角采集稳定性测试、转速采集精度测试等对应的参数，实现程序化、自动化测试，与利用转子台或者发动机测试相比更为便捷，测试效率更高。

在步骤702中，根据来自数据获取模块的目标幅值、目标相角，调节原始波形数据，获取第一波形数据，其中，第一波形数据包括第一振动波形数据和第一转速波形数据。在一些实施例中，可以根据目标幅值调节原始波形数据的幅值；根据目标相角确定从调节幅值后的第一波形数据中提取振动波形数据和转速波形数据的相位差，获取第二波形数据。

在步骤703中，根据目标转速将第一振动波形数据和第一转速波形数据同步转换为模拟信号，获取第二波形数据，其中，第二波形数据包括第二振动波形数据和第二转速波形数据。在一些实施例中，可以进一步对第二波形数据进行滤波，滤掉频率高于预定频率的谐波信号。

在步骤704中，将第二振动波形数据转换为电荷信号形式的第三振动波形数据。在一些实施例中，可以通过串联电容将电压形式的第二振动波形数据转换为电荷信号形式的第三振动波形数据。在一些实施例中，可以对滤波后的第二振动波形数据进行电荷转换，生成第三振动波形数据。

在步骤705中，输出第二转速波形数据和第三振动波形数据，以便作为发动机振动监视装置的测试数据。在一些实施例中，输出的第二转速波形数据为低通滤波后的第二转速波形数据。

通过这样的方法，能够通过模拟的方式生成振动波形和转速波形信号，以此作为对发送机振动监视系统的测试基础，从而不限于采用转子台或发动机进行测试，从场地占用、测试参数配置方面均能提高灵活度，也能够提高测试的全面性。

本公开的发动机振动监视装置的测试方法的一些实施例的流程图如图8所示。

在步骤801中，通过上文中提到的任意一种信号模拟方法生成用于测试的第三振动波形数据和第二转速波形数据。

在步骤802中，将生成的第三振动波形数据和第二转速波形数据输入发动机振动监视系统，对发动机振动监视系统执行性能测试

通过这样的方法，能够利用通过模拟的方式生成振动波形和转速波形信号作为对发送机振动监视系统的测试基础，从而不限于采用转子台或发动机进行测试，从场地占用、测试参数配置方面均能提高灵活度，也能够提高测试的全面性。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。