機(jī)械故障診斷技術(shù)4信號(hào)特征提取技術(shù)

《機(jī)械故障診斷技術(shù)4信號(hào)特征提取技術(shù)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第四章信號(hào)特征提取——信號(hào)分析技術(shù)通過(guò)信號(hào)測(cè)取技術(shù)將機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械牟ㄐ吻€——A（t）、B（t）等，通過(guò)A/D變換轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)字曲線序列——A（i）、B（i）等。由于運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備中存在多個(gè)振動(dòng)源，這些振動(dòng)信號(hào)在傳輸路上又受到傳輸通道特性的影響，當(dāng)它們混雜在一起被傳感器轉(zhuǎn)換成波形曲線時(shí)，呈顯出混亂無(wú)規(guī)律的形態(tài)。因此需要從中進(jìn)行識(shí)別——信號(hào)特征的提取。平穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，無(wú)論有多少個(gè)振動(dòng)源，其產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)都是與轉(zhuǎn)速相關(guān)的強(qiáng)迫振動(dòng)信號(hào)，也是周期性信號(hào)。站在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以認(rèn)定：凡是與轉(zhuǎn)速相關(guān)的信號(hào)屬于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的信號(hào)屬于工藝參數(shù)信號(hào)

2、、結(jié)構(gòu)參數(shù)信號(hào)、電氣參數(shù)信號(hào)。結(jié)構(gòu)參數(shù)信號(hào)、電氣參數(shù)信號(hào)仍屬于故障診斷范圍，但不在機(jī)械故障診斷范圍內(nèi)。信號(hào)分析技術(shù)包含了許多種信號(hào)分析方法，各種分析方法都有其適應(yīng)的范圍。評(píng)定某個(gè)分析方法是否適用于機(jī)械故障診斷，只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)——簡(jiǎn)潔實(shí)用。簡(jiǎn)潔指該分析方法所依據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)清晰易懂，實(shí)用指用該分析方法所獲取的信號(hào)特征能作出明確、合理、有效的解釋。4．1信號(hào)特征的時(shí)域提取方法4．1．1平均值平均值描述信號(hào)的穩(wěn)定分量，又稱直流分量。在平均值用于使用渦流傳感器的故障診斷系統(tǒng)中。當(dāng)把一個(gè)渦流傳感器安裝于軸瓦的底部（或頂部），其初始安裝間隙構(gòu)成了初始信號(hào)平均值——初始直流電壓分量，在機(jī)械運(yùn)

3、轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于軸心位置的變動(dòng)，產(chǎn)生軸心位置的振動(dòng)信號(hào)。這個(gè)振動(dòng)信號(hào)的平均值即軸心位置的平均值。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，軸心位置平均值與初始信號(hào)平均值的差值，說(shuō)明了軸瓦的磨損量。4．1．2均方值、有效值均方值與有效值用于描述振動(dòng)信號(hào)的能量。均方值有效值Xrms又稱均方根值，是機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中用于判別運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常的重要指標(biāo)。因?yàn)橛行е礨rms描述振動(dòng)信號(hào)的能量，穩(wěn)定性、重復(fù)性好，因而當(dāng)這項(xiàng)指標(biāo)超出正常值（故障判定限）較多時(shí)，可以肯定機(jī)械存在故障隱患或故障。若有效值Xrms的物理參數(shù)是速度（mm/s），就成為用于判定機(jī)械狀態(tài)等級(jí)的振動(dòng)烈度指標(biāo)。4．1．3峰值、峰值指標(biāo)通常峰值Xp是

4、指振動(dòng)波形的單峰最大值。由于它是一個(gè)時(shí)不穩(wěn)參數(shù)，不同的時(shí)刻變動(dòng)很大。因此，在機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中采取如下方式以提高峰值指標(biāo)的穩(wěn)定性：在一個(gè)信號(hào)樣本的總長(zhǎng)中，找出絕對(duì)值最大的10個(gè)數(shù)，用這10個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值作為峰值Xp。峰值指標(biāo)Ip峰值指標(biāo)Ip和脈沖指標(biāo)Cf都是用來(lái)檢測(cè)信號(hào)中是否存在沖擊的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。4．1．4脈沖指標(biāo)脈沖指標(biāo)Cf脈沖指標(biāo)Cf和峰值指標(biāo)Ip都是用來(lái)檢測(cè)信號(hào)中是否存在沖擊的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。由于峰值Xp的穩(wěn)定性不好，對(duì)沖擊的敏感度也較差，因此在故障診斷系統(tǒng)中逐步應(yīng)用減少，被峭度指標(biāo)所取代。4．1．5裕度指標(biāo)裕度指標(biāo)Ce用于檢測(cè)機(jī)械設(shè)備的磨損情況。裕度指標(biāo)Ce在不存在摩擦碰

5、撞的情況下，即歪度指標(biāo)變化不大的條件下。以加速度、速度為測(cè)量傳感器的系統(tǒng)，其平均值反映了測(cè)量系統(tǒng)的溫飄、時(shí)飄等參數(shù)變化。使用渦流傳感器的故障診斷系統(tǒng)的平均值則與磨損量有關(guān)。若歪度指標(biāo)變化不大，有效值Xrms與平均值的比值增大，說(shuō)明由于磨損導(dǎo)致間隙增大，因而振動(dòng)的能量指標(biāo)——有效值Xrm比平均值增加快，其裕度指標(biāo)Ce也增大了。4．1．6歪度指標(biāo)歪度指標(biāo)Cw反映振動(dòng)信號(hào)的非對(duì)稱性。歪度指標(biāo)Cw除有急回特性的機(jī)械設(shè)備外，由于存在著某一方向的摩擦或碰撞，造成振動(dòng)波性的不對(duì)稱，使歪度指標(biāo)Cw增大。4．1．7峭度指標(biāo)峭度指標(biāo)Cq反映振動(dòng)信號(hào)中的沖擊特征。峭度指標(biāo)Cq峭度指標(biāo)Cq對(duì)信號(hào)中

6、的沖擊特征很敏感，正常情況下應(yīng)該其值在3左右，如果這個(gè)值接近4或超過(guò)4，則說(shuō)明機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀況中存在沖擊性振動(dòng)。一般情況下是間隙過(guò)大、滑動(dòng)副表面存在破碎等原因。統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)用注意以上的各種統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，在故障診斷中不能孤立的看，需要相互映證。同時(shí)還要注意和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)趨勢(shì)曲線作出判別。在流程生產(chǎn)工業(yè)中，往往有這樣的情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的情況不好，某項(xiàng)或多項(xiàng)特征指標(biāo)上升，但設(shè)備不能停產(chǎn)檢修，只能讓設(shè)備帶病運(yùn)行。當(dāng)這些指標(biāo)從峰值跌落時(shí)，往往預(yù)示某個(gè)零件已經(jīng)損壞，若這些指標(biāo)（含其它指標(biāo)）再次上升，則預(yù)示大的設(shè)備故障將要發(fā)生。4．2信號(hào)特征的頻域提取方法上一節(jié)的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征指標(biāo)只能

7、反映機(jī)械設(shè)備的總體運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常，因而在設(shè)備故障診斷系統(tǒng)中用于故障監(jiān)測(cè)，趨勢(shì)預(yù)報(bào)。要知道故障的部位、故障的類型就需要進(jìn)一步的做精密分析。在這方面頻譜分析是一個(gè)重要的、最常用的分析方法。圖4—1信號(hào)的時(shí)頻關(guān)系4．2．1頻域分析與時(shí)域信號(hào)的關(guān)系圖4—1描述了信號(hào)的時(shí)域與頻域關(guān)系。信號(hào)是由多個(gè)正弦波組成，頻率比為：1∶3∶5∶7…，幅值比為：1∶∶∶…，信號(hào)之間無(wú)相位差。我們?cè)跁r(shí)間域觀察這些信號(hào)——橫坐標(biāo)軸是時(shí)間t，就如這些信號(hào)疊加起來(lái)，其合成結(jié)果投影到時(shí)域平面上，于是我們看到了方波信號(hào)。需要注意的是如果在頻率比、幅值