用于旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的多頻帶包絡(luò)譜陣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械設(shè)備振動監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于旋轉(zhuǎn)機械故障 診斷的多頻帶包絡(luò)譜陣。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)機械在運行過程中，故障信息通常W調(diào)制形式存在于振動信號之中，例如齒 輪點蝕、斷齒、滾動軸承的疲勞、軸彎曲等故障所產(chǎn)生的振動信號都含有周期性沖擊成分， 具有調(diào)幅、調(diào)頻等調(diào)制現(xiàn)象。齒輪振動主要由齒輪副曬合激勵產(chǎn)生，信號中包含各級齒輪 的曬合頻率及其諧波成分，當(dāng)齒輪發(fā)生故障時，產(chǎn)生的周期沖擊成分在振動信號中形成調(diào) 制作用，調(diào)制信號的頻譜在齒輪曬合頻率附近形成邊帶。利用帶通濾波提取齒輪曬合頻率 附近的成分，得到窄帶信號，通過解調(diào)分析將調(diào)制波從信號中分離出來，實現(xiàn)故障信息的提 取，進而判斷零件損傷的程度和部位，該種方法稱為包絡(luò)分析（envelope analysis)。常用 的包絡(luò)分析方法主要有希爾伯特（化化ert)變換法、檢波濾波法、復(fù)調(diào)制、循環(huán)平穩(wěn)分析方 法、小波變換法等。利用窄帶濾波器將包含邊帶成分的頻帶篩選出來，然后提取經(jīng)篩選信號 的幅值包絡(luò)函數(shù)，做包絡(luò)函數(shù)的頻譜，稱之為信號的包絡(luò)譜。
[0003] 窄帶包絡(luò)分析需要兩個環(huán)節(jié)：第一，對實測振動信號的頻譜進行分析，選擇邊帶成 分突出的頻帶進行窄帶濾波；第二，通過對窄帶濾波信號進行包絡(luò)分析，提取出故障引起的 邊帶成分。其中窄帶濾波中屯、頻率和頻寬的選擇是影響包絡(luò)分析效果的關(guān)鍵。一般而言， 對于齒輪箱振動信號，故障產(chǎn)生的邊帶成分分布在相關(guān)齒輪副的曬合頻率兩側(cè)，可W選擇 曬合頻率作為窄帶濾波中屯、頻率，也可W選擇某個共振頻率作為濾波中屯、頻率；而對于軸 承故障，則選擇與故障相關(guān)部件的共振頻率附近進行窄帶濾波。然而對于具有多級齒輪傳 動的復(fù)雜機械系統(tǒng)，各級傳動的振動能量相差較大，大量的齒輪與軸承導(dǎo)致可能發(fā)生故障 的部件較多，難W準(zhǔn)確選擇窄帶濾波中屯、頻率。如果對每一級齒輪副的故障進行診斷，都需 要在該級傳動的曬合頻率附近做窄帶包絡(luò)分析，既影響了分析診斷的實時性，又限制了自 動診斷程序的實現(xiàn)。實際分析表明，不同濾波中屯、頻率的包絡(luò)分析結(jié)果有時存在很大的差 異，從而可能得出不同的故障診斷結(jié)論。特別是當(dāng)故障比較微弱，引起的邊帶成分不太突出 時，濾波中屯、頻率與頻寬的影響更為明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明基于上述情況，提供一種用于旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的多頻帶包絡(luò)譜陣方法。
[0005] 本發(fā)明所述方法包括W下步驟：
[0006] (1)確定窄帶濾波器的類型和濾波頻寬。濾波器類型沒有嚴(yán)格限制，可W選擇任何 形式的經(jīng)典帶通濾波器，如己特沃斯帶通濾波器、切比雪夫濾波器等。濾波頻寬則需要根據(jù) 分析對象的結(jié)構(gòu)和信號特征確定，窄帶濾波的目的是提取信號中故障產(chǎn)生的周期性沖擊成 分，從中提取幅值包絡(luò)函數(shù)進行分析，W顯現(xiàn)故障引起的頻譜中的邊帶成分。因此濾波頻寬 應(yīng)包含若干個結(jié)構(gòu)故障可能產(chǎn)生的最高邊帶頻率。窄帶濾波器的Z域表達式為：
[0007]
【主權(quán)項】
1.用于旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的多頻帶包絡(luò)譜陣，其特征在于，包括w下步驟：
1. 確定窄帶濾波器的類型和濾波頻寬。濾波器類型沒有嚴(yán)格限制，可W選擇任何形式 的經(jīng)典帶通濾波器，如己特沃斯帶通濾波器、切比雪夫濾波器等。濾波頻寬則需要根據(jù)分析 對象的結(jié)構(gòu)和信號特征確定，窄帶濾波的目的是提取信號中故障產(chǎn)生的周期性沖擊成分， 從中提取幅值包絡(luò)函數(shù)進行分析，W顯現(xiàn)故障引起的頻譜中的邊帶成分。因此濾波頻寬應(yīng) 包含若干個結(jié)構(gòu)故障可能產(chǎn)生的最高邊帶頻率。窄帶濾波器的Z域表達式為：
式中，bf和Bk為濾波器系數(shù)，帶通濾波器上、下截止頻率通過濾波器系數(shù)得W體現(xiàn)；M、 N為濾波器的滑動平均和自回歸階數(shù)；
2. 確定移動濾波的頻率步長，可W選擇在0. 1至0. 5倍濾波頻寬范圍，步長太小，得到 的包絡(luò)譜陣分辨率較高，但計算量大；反之，步長太大，計算分析速度快，但包絡(luò)譜陣的分辨 率降低；
3. 進行振動信號的窄帶濾波，表達式為 y (n) = X (n)曲（n) 式中，x(n)為原始振動時間序列，h(n)為窄帶濾波器單位脈沖響應(yīng)函數(shù)，由H(z)逆向 Z變換得到，y(n)為窄帶濾波之后的信號；
4. 對濾波之后的信號進行HUbed變換
式中，a(n)為窄帶濾波之后的包絡(luò)信號
，其相應(yīng)的包絡(luò)譜如下： A 訊二油s(FFT(a (n)，Nf)/Nf) 式中，Nf為離散傅里葉變換之后的頻率點數(shù)，A(f)為窄帶濾波之后信號的包絡(luò)譜，F(xiàn)FT 表示對信號做快速傅里葉變換； 5. W某個低頻頻率作為窄帶濾波的中屯、頻率，自此開始，得到該頻率下對應(yīng)的包絡(luò) 譜A(fi，f)，然后按照選定的頻率步長移動到下一個濾波中屯、頻率f2,再次進行窄帶包絡(luò)分 析，得到相應(yīng)的包絡(luò)譜A江2, f)，如此循環(huán)，直到濾波頻寬覆蓋全部分析頻率范圍，最終得到 多頻帶包絡(luò)譜陣E A(fi，f)。進一步，W振動頻率f為X軸，窄帶濾波中屯、頻率為y軸， 包絡(luò)譜幅值為Z軸繪制多頻帶包絡(luò)譜陣。

【專利摘要】本發(fā)明屬于機械設(shè)備振動監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種用于旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的多頻帶包絡(luò)譜陣。本發(fā)明通過對拾取的旋轉(zhuǎn)機械振動信號進行多窄帶濾波處理，獲取不同頻段的振動信號，對多組不同頻段的振動信號進行包絡(luò)解調(diào)分析，獲取多組信號的包絡(luò)譜，將包絡(luò)譜變換為以振動頻率和窄帶濾波中心頻率為x、y軸坐標(biāo)，振動幅值為z軸坐標(biāo)的三維包絡(luò)譜陣(圖)?；谠摪j(luò)譜陣，可以對旋轉(zhuǎn)機械的故障調(diào)制頻率、故障發(fā)生部位、故障損傷程度做出快速、直觀的判斷，便于實現(xiàn)智能化的故障診斷。
【IPC分類】G01M13-00, G01M13-02
【公開號】CN104596756
【申請?zhí)枴緾N201510050392
【發(fā)明人】柳亦兵, 姜銳, 滕偉, 安宏文, 辛衛(wèi)東
【申請人】華北電力大學(xué), 內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月2日