[發明專利]一種基于子帶信號分析的機械設備狀態監測方法

有效

• 申請號: 201110053539.X
• 申請日: 2011-04-18
• 公開（公告）號: CN102243140A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 楊彥利
• 申請（專利權）人: 楊彥利
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M13/02;G01M13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機械設備狀態監測方法，具體地涉及一種基于子帶信號分析的機械設備狀態監測方法，屬于機械設備狀態監測領域。

背景技術

隨著工業生產的日益現代化和安全生產意識的不斷提高，機械設備的安全運行不僅是企業生產正常進行的必要條件，也是避免生產事故的前提。狀態監測技術可以及時發現機械設備的故障，并且能夠在一定程度上預報機械設備潛在的故障而得到了廣泛應用。

機械設備狀態監測用于為工程技術人員提供詳細、全面的設備運行狀態信息，提供設備的故障征兆信息，為設備的及時維修提供依據。機械設備的狀態監測一般包括：狀態信號的獲取、故障征兆提取、運行狀態識別及故障診斷三個步驟。故障診斷依賴于完善有效的故障征兆，也依賴于可靠的信號處理方法。因此可以說，故障征兆提取是機械設備狀態監測的關鍵，而先進的信號處理方法是實現故障征兆提取的有力保障。

機械設備的一些故障征兆信息往往只出現某一窄帶范圍內，比如，齒輪故障的很多信息就以調制邊頻帶的形式出現在齒輪嚙合頻率的周圍。包絡檢波是目前提取邊頻帶成分的一種有效方法，而通過單一的帶通濾波器進行包絡分析，很難全面提取隱含在不同調制頻帶內的故障征兆信息，甚至會在包絡中引入虛假頻率成分。將信號分解成若干個子帶信號，通過分析子帶信號有助于提取故障的特征信息。小波變換可以將信號從高頻到低頻分解成一組子帶信號，可是子帶信號的帶寬與小波變換分解的層數有關，不能根據實際需要而靈活變更，況且實際應用中對眾多小波基的合理選取也是一個難題。經驗模態分解(EMD)雖然能夠自適應的將信號分解成若干個子帶信號，但EMD目前還缺乏嚴格的理論基礎，它不能確保分解得到的每個子帶信號都有明確的物理意義。因此，通過分析這些方法的子帶信號來監測機械設備的狀態在技術上還不夠成熟。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有子帶信號分析用于機械設備狀態監測不足的問題，提出一種基于子帶信號分析的機械設備狀態監測方法，用于機械設備運行狀態的分析，以更好的監測機械設備的運行狀態。

該方法的原理為：用多級濾波器對從機械設備測取的狀態信號進行多級濾波后得到一組子帶信號，求取該組子帶信號的包絡，針對原始狀態信號、子帶信號及其包絡信號進行信號處理，然后進行特征提取以獲取機械設備的故障征兆信息，再根據提取的故障征兆信息來判斷機械設備的運行狀態。

本發明的一種基于子帶信號分析的機械設備狀態監測方法，具體包括如下步驟：

步驟1.對于待監測的機械設備，利用傳感器測取該機械設備運行的狀態信號；

步驟2.對步驟1獲取的狀態信號進行預處理，得到適合計算機處理的數字信號；

步驟3.設計多級濾波器，對步驟2處理后的數字信號進行多級濾波處理，得到一組子帶信號；

步驟4.對步驟3得到的子帶信號進行包絡分析，求取子帶信號的包絡；

步驟5.對步驟2預處理后的狀態信號、步驟3得到的子帶信號和步驟4得到的子帶信號的包絡信號進行信號處理；

步驟6.對步驟5的信號處理結果進行特征提取；

步驟7.利用步驟6提取的特征，對機械設備的運行狀態進行分析，得到該機械設備的運行狀態的分析結果。

有益效果

本發明利用多級濾波器來處理機械設備運行的狀態信號，可將測取的信號分解成一組窄帶子帶信號，進而從子帶信號中提取機械設備的狀態信息。通過對子帶信號的分析來診斷機械設備的故障，可以有效檢測出形成邊頻帶的低頻信號，可用于軸承、齒輪箱等部件的狀態監測。結合對原始信號的處理，可以更有效的監測機械設備的狀態。本發明的方法既適用于機械設備狀態的在線實時監測，也適用于機械設備狀態的離線監測。本發明的方法可以廣泛應用于石油、化工、冶金等眾多行業的機械設備狀態監測。

附圖說明

圖1為本發明的基于子帶信號分析的機械設備狀態監測原理圖；

圖2為本發明的具體實施方式中多級濾波器模塊結構框圖；

圖3為本發明的具體實施方式中仿真信號及其頻譜；

圖4為本發明的具體實施方式中對圖3信號多級濾波后的子帶信號；

圖5為圖4中各子帶信號的頻譜；

圖6為圖4中各子帶信號的上包絡；

圖7為圖6中各上包絡信號的頻譜。

具體實施方式

為了更好的說明本發明的目的和優點，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明：

一種基于子帶信號分析的機械設備狀態監測方法，其總體技術方案如圖1所示，具體包括如下步驟：