一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法技术

技术编号:18658578 阅读:31 留言:0更新日期:2018-08-11 14:40
本发明专利技术公开一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,应用于机械设备故障监测技术领域,针对转频在强调频的复杂工况下,进行转频特征提取困难的问题,本发明专利技术提出了将加速度传感器吸附式安装于轴承座上,通过1394信号线将加速度传感器与NI多通道信号采集装置相连,获得用于转频特征提取的原始数据;经过短时傅里叶变换、二阶泰勒展开以及同步提取算子等处理过程得到更精细的时频谱,最后经过提取的时频脊线获得转频的特征信息;采用本发明专利技术的方法所提取的特征精确度极高,并且适用于转速变化的各种复杂工况。

A strong speed fluctuation feature extraction method based on two order synchronous extraction transformation

The invention discloses a method for extracting strong rotational speed fluctuation characteristics based on second-order synchronous extraction transformation, which is applied to the technical field of mechanical equipment fault monitoring. Aiming at the problem that it is difficult to extract the rotational frequency characteristics under the complex working conditions with emphasis on frequency, the invention proposes to install the acceleration sensor on the bearing seat by adsorption. The acceleration sensor is connected with NI multi-channel signal acquisition device by 1394 signal line, and the original data for frequency conversion feature extraction is obtained. After short-time Fourier transform, second-order Taylor expansion and synchronous extraction operator, more precise time-frequency spectrum is obtained. Finally, the frequency conversion characteristic is obtained by the extracted time-frequency ridge. The feature extracted by the method of the present invention has high accuracy and is suitable for various complex working conditions with varying rotational speed.

【技术实现步骤摘要】
一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法
本专利技术属于机械设备故障监测
,特别涉及一种旋转机械转速的监测技术。
技术介绍
旋转机械设备系统常常工作在转速以及载荷变化大的工作条件下,其机组运行状态比较复杂,尤其是受到载荷等外界激励因素的情况下,其机组运行电机的转速表现出强调频的转速变化特征。此时,在对其机组核心零部件比如齿轮箱轴承、齿轮箱中的直齿轮以及行星齿轮系统进行故障诊断和状态监测时,就不得不面临一个精确提取转速特征信息的问题。鉴于以往的一些时频分析方法在这种工况环境下,其对提取转速特征信息的提取就显得无能为力。同时设备的转速信息是衡量其机械性能测试中的一个关键性的参数指标,因为很多的机械特征参数是根据与转速相关的函数关系来确定的,例如风力发电机组的发电量、输出功率等等,很显然,在工业生产以及科学研究当中,转速特征信息是影响产品质量和机械振动测试中的关键因素之一,是旋转机械中的一个重要的参数之一,对于转速特征信息的监测已经成为机械设备监控的重要研究课题。
技术实现思路
为了解决旋转机械设备在外界干扰条件下出现强调频转频,现有技术难以提取转速特征信息的问题;本专利技术提出一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,来对转频在强调频的复杂工况下,进行转频特征提取。本专利技术采用的技术方案为:一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,包括:对轴承座的振动信号进行采集、以及对采集IDE振动信号进行分析处理。所述对轴承座的振动信号进行采集,具体为:将加速度传感器安装于轴承座上,将轴承座的振动信号转换为加速度信号;通过1394信号线将加速度传感器与NI多通道信号采集装置相连,对加速度信号进行采集从而获得用于转频特征提取的原始数据。优选的,本专利技术中的加速度传感器通过吸附式安装于轴承座上。所述对采集IDE振动信号进行分析处理,具体为:步骤1、通过短时傅里叶变换的算法来计算轴承座采集的加速度信号的短时傅里叶变换的频谱;假设采集的振动信号是x(t)=Aei2πφ(t),其中计算其短时傅里叶变换其中,是短时傅里叶变换的幅值,是短时傅里叶变换的相位,g(·)是窗函数。步骤2、对短时傅里叶变换的相位函数进行二阶泰勒展开,估计其局部瞬时频率;计算短时傅里叶变换得到:将转换为其中,为窗函数的傅里叶变换。计算群延迟时间点其局部瞬时频率即相位函数对时间的导数,可用二阶泰勒展开公式来估计:代表角频率,指的是频率调节因子。其中,步骤3、根据步骤2估计的局部瞬时频率,采用同步提取算子计算得到新的时频谱;步骤4、获取到新的时频谱并对时频谱进行脊线追踪,提取时频脊线;步骤5、根据提取的时频脊线,得到转频的特征信息。结合轴承座的振动信号进行采集、以及对采集IDE振动信号进行分析处理,本专利技术的一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,流程包括:S1、通过吸附式安装于轴承座上的加速度传感器采集旋转机械设备的基座振动加速度信号;S2、计算步骤S1采集的加速度信号的短时傅里叶变换的频谱;S3、采用二阶同步提取将步骤S2得到频谱映射到新的时频谱;S4、对新的时频谱进行脊线追踪,提取该新的时频谱的时频脊线;S5、根据提取的时频脊线获得转频的特征信息。优选的,步骤S3包括以下分步骤:S31、采用二阶泰勒展开短时傅里叶变换的相位函数,估计其局部瞬时频率;S32、采用同步提取算子对短时傅里叶变换的频谱进行后处理,得到新的时频谱。本专利技术的有益效果:本专利技术的一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,首次提出了基于二阶同步提取变换的强转速波动特征,对转频在强调频的复杂工况下,进行转频特征提取的方法;突破了现有技术的瓶颈;并且采用吸附式安装加速度传感器,为其在工程应用提供了很好的空间。附图说明图1为本专利技术实施例提供的机械故障综合模拟试验台示意图;其中,1为驱动电机、2为联轴器、3为轴承座、4为转盘、5为加速度传感器;图2为本专利技术实施例提供的方案流程图;图3为本专利技术实施例提供的仿真振动加速度信号的时域波形;图4为本专利技术实施例提供的仿真振动信号时频分析结果;其中,图4(a)为理想时频谱,图4(b)为短时傅里叶变换,图4(c)为同步压缩变换,图4(d)为同步提取变换;图5为本专利技术实施例提供的轴承座振动加速度信号;其中,图5(a)为时域波形,图5(b)为频域波形;图6为本专利技术实施例提供的实际振动信号时频分析结果;其中,图6(a)为短时傅里叶变换,图6(b)为同步压缩变换,图6(c)为同步提取变换,图6(d)为二阶同步提取变换;图7为本专利技术实施例提供的仿真振动信号时频脊线特征提取效果图;图8为本专利技术实施例提供的实际振动信号的时频脊线特征提取效果图;图9为本专利技术实施例提供的仿真信号时频特征提取与理想时频的对比图;图10为本专利技术实施例提供的实际振动信号转速信号对比图。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
,下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。本专利技术在如图1所示的机械故障综合模拟试验台上进行测试分析,所述机械故障综合模拟试验台包括:驱动电机1、联轴器2、轴承座3、转盘4、加速度传感器5;加速度传感器安装在图1的轴承座3上,同时用1394信号线将加速度传感器连接到NI多通道信号采集装置中,用美国SQ公司的信号采集软件对振动测试台产生的加速度信号进行采集从而获得用于转频特征提取的原始数据。本专利技术将加速度传感器吸附式安装于轴承座上,相比于传统测量转速需要用鉴相传感器,需要专门安装,不便捷,有些设备没法安装;本专利技术采用的将加速度传感器吸附式安装于轴承座上的为其在工程应用提供了很好的空间。本实施例中运行的旋转机械设备,使其在额定工况下工作;额定工况包括的转速信息主要表现为转频随时间变化快的强调特征。本专利技术实施例中,设定的转速变化为一个幅度较大的波动曲线。转频特征提取方法的具体流程图见图2,主要包括以下步骤:S1、通过吸附式安装于轴承座上的加速度传感器采集旋转机械设备的基座振动加速度信号;振动信号的采集主要是用吸附式固定在轴承座上的加速度传感器来测量,本专利技术实施例中,为了便于安装的需要,加速度传感器安装在轴承座的竖直方向上见图1(3-轴承座),如图3所示是其振动加速度信号的时域波形。S2、计算步骤S1采集的加速度信号的短时傅里叶变换的频谱;利用短时傅里叶变换的算法来计算轴承座采集的加速度信号的短时傅里叶变换的频谱。对如图3所示的加速度仿真信号的时域波形进行短时傅里叶变换,得到的频谱如图4(b),图4(a)为理想时频谱,从上至下依次是不同类型仿真信号x4(t)、x3(t)、x2(t)、x1(t)各自的时频谱;通过同步压缩时频分析得到的频谱图如图4(c)所示,通过同步提取变换时频分析获得的频谱图如图4(d)所示;可以看出本申请采用短时傅里叶变换相比采用同步压缩与同步提取变换得到的频谱图效果更好。本申请实施中实际的轴承座振动加速度信号如图5所示,图5(a)为时域波形,图5(b)为频域波形;经短时傅里叶变换,得到的频谱如图6(a),通过同步压缩时频分析得到的频谱图如图6(b)所示,通过同步提取变换时频分析获得的频谱图如图6(c)所示;可以看出本申请采用短时傅里叶变换得到的实际振动信号频谱图相比采用同步压缩与同步提取变换得到的频谱图效果更好。S3、采本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,其特征在于,包括:S1、通过吸附式安装于轴承座上的加速度传感器采集旋转机械设备的基座振动加速度信号;S2、计算步骤S1采集的加速度信号的短时傅里叶变换的频谱;S3、采用二阶同步提取将步骤S2得到频谱映射到新的时频谱;S4、对新的时频谱进行脊线追踪,提取该新的时频谱的时频脊线;S5、根据提取的时频脊线获得转频的特征信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,其特征在于,包括:S1、通过吸附式安装于轴承座上的加速度传感器采集旋转机械设备的基座振动加速度信号;S2、计算步骤S1采集的加速度信号的短时傅里叶变换的频谱;S3、采用二阶同步提取将步骤S2得到频谱映射到新的时频谱;S4、对新的时频谱进行脊线追踪,提取该新的时频谱的时频脊线;S5、根据提取的时频脊线获得转频的特征信息。2.根据权利要求1所述的一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法,其特征在于,步骤S3包括以下分步骤:S31、采用二阶泰勒展开短时傅里叶变换的相位函数,估计其局部瞬时频率;S32、采用同步提取算子对短时傅里叶变换的频谱进行后处理,得到新的时频谱。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈鹏王科盛
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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