一種針對滾動軸承故障診斷的自適應共振解調方法技術

本發明專利技術公開了一種針對滾動軸承故障診斷的自適應共振解調方法，屬于旋轉機械故障診斷領域，由于在使用傳統的共振解調技術過程中，窄帶帶通濾波器的中心頻率一般根據經驗手動設置，嚴重影響共振解調的效果，本發明專利技術通過計算不同頻帶內信號的包絡譜的峭度值，來確定滾動軸承的振動信號中包含故障信息的共振帶，從而自適應的改變帶通濾波器的中心頻率以達到更好的共振解調效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于旋轉機械故障診斷領域，涉及一種振動信號在旋轉機械故障診斷領域中的應用，具體涉及。
技術介紹
隨著現代工業的迅猛發展，各種旋轉機械廣泛應用于各工業領域。旋轉機械故障是關系到國民經濟生產安全性的重要問題，其中30%的旋轉機械故障與軸承有關。軸承作為旋轉機械的主要部件，是否能夠安全、高效的長期運行也成為整個企業正常生產的重要保障，企業對其重視程度日益增加。在對滾動軸承進行故障診斷的過程中，由于早期輕微的故障信息往往淹沒在背景噪聲中，很難被發現和提取出來，因此必須采用有效的信號處理技術提高信噪比，凸顯故障特征，而共振解調技術則是在滾動軸承診斷中廣泛使用的一種信號處理方法，它極大地提高了振動信號的信噪比，特別適用于軸承故障的早期診斷。傳統的共振解調技術的使用過程中存在如下缺點1)必須事先通過沖擊試驗確定高頻共振頻率以確定窄帶帶通濾波器的中心頻率。在共振解調技術中，窄帶帶通濾波器的選擇對最后診斷結果有決定性影響，窄帶帶通濾波器設計不好將很容易導致診斷失敗，為了確定軸承系統的高頻共振頻率，一般需要進行沖擊試驗，但是對于大多數的軸承用戶來說，由于資金或者條件方面的原因無法進行沖擊試驗，通常通過經驗來設置窄帶帶通濾波器的中心頻率。2)窄帶帶通濾波器的中心頻率和帶寬一般固定不變。對于不同的軸承系統，其高頻固有振動所處的位置不同并且故障特征頻率也不同，采用固定不變的中心頻率和帶寬會使設計的共振解調系統在針對不同的軸承系統時發生失效。
技術實現思路
為了克服傳統共振解調技術的不足，本專利技術公開了，該方法有效的提高了共振解調技術的實用性和準確性。為了實現上述目的，本專利技術采用了以下技術方案本專利技術包括測試系統和數據處理程序，所述測試系統以加速度傳感器為主，將傳感器固定在軸承座上，所述數據處理程序是基于LabVIEW軟件編寫的。該共振解調方法利用測試系統和數據處理程序自適應設置窄帶帶通濾波器的中心頻率，然后再進行包絡解調。所述自適應設置窄帶帶通濾波器的中心頻率的步驟為首先利用測試系統測定滾動軸承的振動信號，然后利用數據處理程序計算振動信號在不同的窄帶帶通濾波器的中心頻率下對應的包絡譜峭度值，如果包絡譜上出現明顯的譜峰則其包絡譜峭度值會明顯增大，根據這一原理，根據最大的包絡譜峭度值識別包含故障特征的共振帶的窄帶帶通濾波器的中心頻率，從而實現自適應設置共振解調中窄帶帶通濾波器的中心頻率。所述測試系統包括加速度傳感器、信號調理模塊和信號采集程序，加速度傳感器固定安裝在滾動軸承的軸承座上，信號調理模塊將加速度傳感器輸出的振動信號進行10倍放大和低通濾波，信號采集程序利用LabVIEW軟件編寫，采集和保存信號調理模塊處理后的數據。所述數據處理程序基于LabVIEW軟件編寫，對振動信號在不同的窄帶帶通濾波器的中心頻率下進行包絡解調分析，分別計算對應的包絡譜峭度值，然后比較振動信號的包絡譜峭度值，最大的包絡譜峭度值對應的頻帶便是包含故障信息最多的共振帶。自動尋找到滾動軸承的共振帶之后便可以自適應的設置共振解調技術中窄帶帶通濾波器的中心頻率。所述根據最大的包絡譜峭度值識別包含故障特征的共振帶的窄帶帶通濾波器的中心頻率，具體實現步驟如下I)確定濾波器的帶寬(BW)和中心頻率(fQ)；2)利用窄帶帶通濾波器對滾動軸承的振動信號進行時域濾波；3)利用Hilbert解調法對濾波之后的信號進行包絡解調，得到包含故障特征的低頻信號；4)對包絡解調得到的低頻信號進行FFT變換(快速傅里葉變換)，得到低頻信號的包絡譜；5)計算包絡譜的峭度，得到窄帶帶通濾波器的中心頻率為&時對應的包絡譜峭度值；6)窄帶帶通濾波器帶寬不變，改變窄帶帶通濾波器的中心頻率(A)，重復步驟2-5，得到不同的窄帶帶通濾波器的中心頻率對應的包絡譜峭度值；7)比較各中心頻率對應的包絡譜峭度值的大小,包絡譜峭度值的最大值對應的中心頻率即為包含故障特征的共振帶的窄帶帶通濾波器的中心頻率(軸承高頻共振帶的中心頻率)。所述窄帶帶通濾波器的中心頻率采用以下方式進行改變中心頻率每次改變時平移一個步長，直到中心頻率達到加速度傳感器采樣頻率的1/2。所述步長為軸承故障特征頻率的1/10。(軸承部件分為外圈、內圈、滾動體、保持架，當某一固件出現故障時，會有對應的故障頻率出現在相應的頻譜圖，步長取值范圍520Hz)本專利技術對滾動軸承運轉過程中的振動信號進行分析，通過比較包絡譜峭度值的大小來自動確定軸承包含故障信息的共振帶，從而可以根據不同的信號自適應的設置共振解調技術中窄帶帶通濾波器的中心頻率，解決了共振解調技術由于難以確定軸承系統的高頻共振帶以及使用固定的窄帶帶通濾波器影響共振解調效果的問題。本專利技術與現有的共振解調技術相比具有以下特點I.使用更方便使用自適應共振解調技術可以根據振動信號特征，自動識別軸承的高頻共振帶，從而設置濾波器參數對信號進行共振解調分析，而現有的共振解調技術需要事先進行沖擊試驗確定軸承系統的高頻共振頻率，二者相比較本專利技術在使用上更方便。2.診斷結果更可靠對于不同的軸承系統來說，其高頻共振頻率不同，如果按照相同的參數來設置帶通濾波器對信號進行共振解調，會影響共振解調的效果，特別是對于早期比較微弱的故障來說，有可能會造成診斷不出軸承故障。本專利技術提出的自適應共振解調方法可以根據信號選擇包含故障信息最豐富的共振帶來進行共振解調，診斷效果更好，結果更可靠。附圖說明圖I是自適應共振解調方法中拾取滾動軸承振動信號的的測試系統傳感器安裝圖；圖2是自適應共振解調方法的原理圖；圖3是利用包絡譜峭度自動識別滾動軸承共振帶的算法流程圖；圖4是軸承外圈故障引起的共振運動的仿真信號(時域波形和頻譜);圖4(a)為仿真信號的時域波形，圖4(b)為仿真信號的幅值譜圖；圖5是針對設計的仿真信號以各中心頻率對應的包絡譜峭度值繪制的包絡譜峭度圖；圖6是以最大包絡譜峭度值對應的中心頻率為窄帶帶通濾波器的中心頻率進行共振解調分析得到的包絡譜；圖中1為加速度傳感器；2為固定傳感器的磁座；3為滾動軸承的軸承座；4為滾動軸承的外圈；5為軸承的滾動體；6為滾動軸承的內圈。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術做進一步說明。參閱圖1，圖I是本專利技術自適應共振解調技術中拾取滾動軸承振動信號的測試系統傳感器安裝圖。傳感器為CTC公司的AC240-2D型加速度傳感器，傳感器通過磁座吸附在軸承座上。參閱圖2，圖2是本專利技術中自適應共振解調技術的原理圖。流程采集軸承的振動信號，以一定的步長移動窄帶濾波器，分別計算濾波后的包絡譜峭度，選擇譜峭度最大值對應的頻率為帶通濾波器的最佳中心頻率，以此中心頻率進行帶通濾波，包絡解調，FFT變換，即可在頻譜圖中觀察到故障特征。而傳統的共振解調的過程是根據經驗選擇最佳中心頻率，再依次進行帶通濾波，包絡解調，FFT變換。與傳統的共振解調技術相比，本專利技術提出的自適應共振解調技術根據所分析的振動信號的特征，自動設計窄帶帶通濾波器的參數，從而更方便、精確的對滾動軸承進行故障診斷。參閱圖3，圖3是本專利技術利用包絡譜峭度自動識別滾動軸承共振帶的算法流程圖。I)利用一個固定帶寬(帶寬設定為軸承故障特征頻率的2-3倍)、中心頻率為&的帶通濾波器對軸承的振動信號進行濾波，對濾波后的信號進行包絡解調，再進行FFT變換本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種針對滾動軸承故障診斷的自適應共振解調方法，其特征在于：該共振解調方法利用測試系統和數據處理程序自適應設置窄帶帶通濾波器的中心頻率，然后再進行包絡解調。

【技術特征摘要】
1.一種針對滾動軸承故障診斷的自適應共振解調方法，其特征在于該共振解調方法利用測試系統和數據處理程序自適應設置窄帶帶通濾波器的中心頻率，然后再進行包絡解調。2.根據權利要求I所述一種針對滾動軸承故障診斷的自適應共振解調方法，其特征在于所述自適應設置窄帶帶通濾波器的中心頻率的步驟為 首先利用測試系統測定滾動軸承的振動信號，然后利用數據處理程序計算振動信號在不同的窄帶帶通濾波器的中心頻率下對應的包絡譜峭度值，根據最大的包絡譜峭度值識別包含故障特征的共振帶的窄帶帶通濾波器的中心頻率。3.根據權利要求2所述一種針對滾動軸承故障診斷的自適應共振解調方法，其特征在于所述測試系統包括加速度傳感器、信號調理模塊和信號采集程序，加速度傳感器固定安裝在滾動軸承的軸承座上，信號調理模塊將加速度傳感器輸出的振動信號進行放大和低通濾波，信號采集程序采集和保存信號調理模塊處理后的數據。4.根據權利要求2所述一種針對滾動軸承故障診斷的自適應共振解調方法，其特征在于所述數據處理程序對振動信號在不同的窄帶帶通濾波器的中心頻率下進行包絡解調分析，分別計算對應的包絡譜峭度值，然后比較振動信號的包絡譜峭度值，最大的包絡譜峭度值...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯成剛，李勝，田秦，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：