[發(fā)明專利]用于機械轉軸振動分析的短時二維全息譜陣列

無效

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• 申請日: 2008-12-24
• 公開（公告）號: CN101451883A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發(fā)明（設計）人: 劉紅星;肇瑩;鄭威;李晨
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01M7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于機械轉子單截面軸振分析的短時頻譜陣列。

以滑動軸承為轉子支承件的大型旋轉機械，如大型電機、離心式壓縮機等，它們的運行狀態(tài)的分析評估，所依靠的最基本工具就是轉軸振動位移信號的頻域分析工具。轉軸振動位移信號的頻域分析工具把轉軸振動按頻率做分解——分解為一組對應不同頻率的軸振分量展現給用戶。

通常，在旋轉機械的一個支承截面位置，安裝兩個互相垂直的指向轉軸中心的振動位移傳感器，稱為X傳感器和Y傳感器，以獲取該截面上的轉軸振動位移信號，例圖見附圖2和附圖3。所謂X傳感器指，觀察者從觀察轉子為逆時針旋向的一端看過去，轉子表面(與例圖中水平方向相交的質點)首先逆時針轉過的那個傳感器即為X傳感器。不妨，將從該截面X傳感器和Y傳感器同時采集的兩方向振動位移信號序列，分別稱為x信號序列和y信號序列，以下有時簡稱x信號和y信號。

將同步采集的轉軸一個截面上的x信號序列和y信號序列，按一定的方式變換到頻域，則可制作轉軸相應的振動頻譜。短時頻譜陣列用于觀察一對x、y信號序列在其采集期間振動頻譜隨時間的動態(tài)變化情況，也就是觀察這期間轉軸運行的平穩(wěn)性狀況。

背景技術

二維全息譜是一種特別的用于單截面轉軸振動分析的頻譜，它在頻域中集成了轉子一個支承截面內X、Y兩個傳感器方向位移信號的幅值譜和相位譜信息，它綜合地反映了轉子在一個支承截面內的各個軸振分量的振動情況，既包括了各個軸振分量大小的變化，也包括了各個軸振分量方向的變化。

二維全息譜的制作方法是：(1)讀取同時拾取的轉軸一個截面上的x信號序列和y信號序列；(2)對x信號序列和y信號序列分別進行快速離散傅立葉變換、求取各自的傅立葉級數；(3)抽出若干感興趣的或者主要的來自兩個方向的同頻率諧波分量對，將這些同頻率諧波分量對合成各自的軸心軌跡，每一對同頻率諧波分量合成的軸心軌跡為一個橢圓、全面反映了該頻率軸振分量的振動大小和方向的變化；(4)將各頻率分量對合成的軸振橢圓排列在一張圖上，并在每個橢圓處標記相應的頻率階次，則構成二維全息譜，見附圖6所示。頻率階次指分量頻率值除以某一參考頻率而獲得的相對頻率值，無量綱；通常，以轉頻作為參考頻率。

短時頻譜陣列，作為分析轉軸在數據觀測期間運行平穩(wěn)性的工具，其常見的做法是：讀取x信號序列(或y信號序列)，按一定的時延D和短時窗長L，分割出一組短時信號序列，對每一個短時信號序列進行快速離散傅立葉變換、求取各自的傅立葉級數；再將各短時序列傅立葉級數幅值頻譜沿時間軸依次排列，則構成了一個短時幅值頻譜陣列。

以上常見短時幅值頻譜陣列只是一個方向位移信號的短時幅值頻譜陣列，相應地它反映的也只是一個方向轉軸各振動分量幅值隨時間的動態(tài)變化。目前，也有由X、Y兩個傳感器方向位移信號制作短時幅值頻譜陣列的情況，如短時復譜等。但是，不管怎樣，它們都是短時幅值頻譜陣列，見附圖7所示(1、2等坐標為頻率階次，0.3、0.4等為時間)，還不能反映軸振分量在振動方向方面的動態(tài)變化的特點。

參考文獻：屈梁生著，機械故障的全息診斷原理，科學出版社，2007年7月。

發(fā)明內容

要解決的技術問題。現有的二維全息譜，是所觀測的x信號序列和y信號序列在整個觀測時段內合成的一種平均譜，不能反映各振動分量在所觀測時段內隨時間的動態(tài)變化。現有的短時頻譜陣列，都是短時幅值頻譜陣列，不能反映各振動分量在振動方向方面的動態(tài)變化的特點。

技術方案。

一種用于機械轉子單截面軸振分析的短時頻譜陣列，稱為短時二維全息譜陣列，它的制作包含如下步驟：(1)讀取同步采集的來自轉軸一截面兩垂直方向的x信號序列和y信號序列；(2)按一定的時延D和短時窗長L，分別對x信號序列和y信號序列進行分割，依次分割出各自的一組短時信號序列，見附圖4所示；(3)用每一對時跨相同的兩方向短時信號序列在頻域合成制作一個短時的二維全息譜；(4)將合成的所有短時的二維全息譜沿時間軸排列，即按短時信號序列截取的時間次序排列，則得到短時二維全息譜陣列。整個短時二維全息譜陣列的制作流程見附圖1所示。

前已述及，對從x信號序列、y信號序列分割出的時跨相同的一對短時信號序列，設它們經傅立葉級數分解得到的兩方向ω_i(即2πf_i)頻率分量分別為：