压力脉动峰峰值的确定方法
压力脉动峰峰值的确定方法,国家标准和IEC规程都没有具体规定,过去用估计法,不严谨;现在多采用概率统计的方法,采用97%或95%置信概率通过计算机计算确定。但是,都说是置信概率,统计方法却不一样。
目前应用较多的方法是:是将信号从小到大均匀分成若干段,如图1所示,统计信号落在各小段内的数量,并计算各小段点数占总采集点数的比例,这实际上就是信号落在该小段内的概率。再在横坐标是概率(从0到100%)、纵坐标是信号段值的平面上绘出柱状图,最小信号和最大信号处各截掉1.5%概率的信号,剩余的97%的信号中最大值减最小值,所得即为97%概率分布的信号峰峰值,如图2所示。目前国内外大多数实验室和专家都采用该方法。
图1 脉动信号概率统计分段方法
另外一种97%置信概率的方法是:将所有的采集信号由小到大排队,并由最小点开始从小到大逐点剔除占总点数1.5%数据,再由最大点开始从大到小逐点剔除占总点数1.5%数据,剩余97%数据中的最大值与最小值之差即为所求峰峰值。比较前两种方法,过程区别很大,但实质基本相同,所得结果也比较接近。
ASTRö研究所采用的方法和前两种方法区别很大。该方法的主要思路是:将所有波形分成若干段(每0.51s为一段,其后一段从前一段的一半开始,形成重叠),每段求出其峰峰值,如图3所示,将这些峰峰值由小到大排列,再从最大部分开始截掉5%,剩余部分的最大峰峰值就是该办法求出的95%置信概率峰峰值。ASTRö研究所认为,该方法最大的优点是能起到滤波的作用,也就是将频率低于1 Hz的脉动波对幅值的影响滤掉了。
图2 脉动信号概率分布图
图3 用ASTRö方法统计峰峰值的分段方法
图4 用ASTRö方法统计的各小段幅值分布图
前两种方法已经被大多数业内人士所公认,后一种方法则存在某些缺陷。首先,后一种方法没有把所有信号纳入统计范围,而只把每小段的最大值和最小值作为统计对象,这是不全面的,不符合统计的基本原则;其次,如果信号波形周期比较长,需几个小段或几十个小段才覆盖一个周期,则每个小段的峰峰值会非常小,且分的段数越多,该峰峰值就越小,分析值难以反映实际值;当信号周期比较短,频率比较高时,每个小段内覆盖几个基本波形,这就使各小段峰峰值差别较小,如图4所示,即使是剔除其中幅值较大的5%,剩余部分的最大值和各小段的最大值也相差不大。更糟糕的是,该方法会因为所分段数不同而结果大不相同。用该方法对验收中遇到的同一波形进行了统计,如图4所示。所分段数不同所获得的结果也不同,如表1所示。以97%置信概率为例,不同的分段方法分析的幅值最大相差18%。而采用第一种方法对该信号进行分析时,同样采用97%置信概率,分别分20、50、100段进行分析,对应的幅值分别为0.4635、0.4729和0.4723,最小比最大只小2%,分50段和100段幅值相差只有0.1%。显然,ASTRö研究所的方法有很大的随意性。尽管其在大多数情况下分析幅值比前一种方法大,偏于安全,但研究所在本次试验中还是采用了前一种方法。
表1 采用不同分段方式所得统计结果比较