[發明專利]旋轉機械振動信號矢橢譜分析方法

有效

• 申請號: 201110268782.3
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102322942A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 楊彥利;伉大儷
• 申請（專利權）人: 大連圣力來監測技術有限公司
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01R23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種旋轉機械振動信號的譜分析方法，屬于旋轉機械振動信號分析領域。

背景技術

通過振動分析來監測旋轉機械的狀態，通常需要在一個截面上布置兩個相互垂直的傳感器來測取振動信號。頻譜分析是振動分析中應用最為廣泛的方法之一。傳統的Fourier方法只針對單個傳感器探頭的數據進行分析，不能給出轉子振動的全貌。

針對單一探頭數據頻譜分析的不足，發展了利用兩個探頭信號的同源信息融合分析技術，其中比較有影響的是：全譜(full?spectrum)、全息譜(holospectrum)和矢譜(vector?spectrum，又稱全矢譜)。三種方法都可以用來判斷轉子在某一頻率下的進動方向，全譜分析技術利用正負進動分量的大小關系、矢譜分析技術通過副振矢的正負進行判斷，而全息譜則直接給出某些特征頻率下橢圓軌跡的運動方向。

全譜、全息譜和矢譜都建立在對信號進行Fourier變換的基礎之上。全譜和全息譜需要對兩個傳感器探頭的數據信號分別進行Fourier變換，而矢譜則對兩個探頭數據進行聯合處理，只需要一次Fourier變換。全譜、矢譜、全息譜都是對轉子橢圓形運動規律的一種描述，只不過是描述的角度不同而已。全譜展示的是形成橢圓的兩個圓運動分量，矢譜展示的是橢圓幾何外形參數，全息譜展示的是某些特征頻率的橢圓形狀。

發明內容

本發明的目的是為解決現有譜分析方法不能全面描述轉子橢圓形運動規律的缺點，提供一種旋轉機械振動信號矢橢譜分析方法，利用一次快速Fourier變換(FFT)實現轉子橢圓形運動規律的全面描述。

本發明的旋轉機械振動信號矢橢譜分析方法，具體包括如下步驟：

步驟1，利用布置在轉子同一截面上相互垂直的兩個傳感器探頭X和Y測取轉子的振動信號，對振動信號進行離散化處理，得到長度為N的離散信號，分別記為x(n)和y(n)；

步驟2，利用信號x(n)和y(n)，構造長度為N的離散復數信號z(n)＝x(n)+jy(n)，其中j表示虛數單位；

步驟3，對步驟2的復數信號z(n)進行快速Fourier變換(FFT)處理，得到系數c_n＝c_R，n+jc_I，n，n＝0，1，2，…，N-1；

步驟4，在步驟3的基礎上，利用系數c_n計算轉子橢圓形運動軌跡的參數、以及指定頻率成分的濾波軸心軌跡；

步驟5，在步驟4的基礎上，將轉子橢圓形運動軌跡的參數圖形化顯示，并繪制指定頻率成分的濾波軸心軌跡。

有益效果

本發明的矢橢譜分析方法對轉子的同源振動信號進行融合分析，只需要一次FFT處理即可得到描述轉子橢圓形運動軌跡的多個參數，可全面描述轉子的橢圓形運動規律。本發明的矢橢譜分析方法不僅融合了全譜、全息譜和矢譜所表達的信息，而且可以給出指定頻率成分的濾波軸心軌跡，從而更簡潔、貼切地描述了轉子橢圓形運動規律。

附圖說明

圖1為本發明的旋轉機械振動信號矢橢譜分析方法的流程圖；

圖2為本發明的具體實施方式中實際信號及其頻譜；

圖3為本發明的具體實施方式中實際信號的矢橢譜。

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。

旋轉機械振動信號矢橢譜分析方法，其總體技術方案如圖1所示，具體包括如下步驟：

步驟1，利用布置在轉子同一截面上相互垂直的兩個傳感器探頭X和Y測取轉子的振動信號，對振動信號進行離散化處理，得到長度為N的離散信號，分別記為x(n)和y(n)；

步驟2，利用信號x(n)和y(n)，構造長度為N的離散復數信號z(n)＝x(n)+jy(n)，其中j表示虛數單位；

步驟3，對步驟2的復數信號z(n)進行快速Fourier變換(FFT)處理，得到系數c_n＝c_R，n+jc_I，n，n＝0，1，2，…，N-1；

步驟4，在步驟3的基礎上，利用系數c_n計算轉子橢圓形運動軌跡的參數、以及指定頻率成分的濾波軸心軌跡；

所述的轉子橢圓形運動軌跡的參數，必須計算的參數包括：主振矢、副振矢、振矢角、離心率，可選擇計算的參數有：振矢比、橢圓面積、轉子橢圓形運動的回轉能量；

所述的轉子橢圓形運動軌跡的參數，其計算公式為：