[發明專利]一種基于非線性壓縮變換的轉子碰摩故障檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201510039183.2
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104634526B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 王詩彬;陳雪峰;丁寶慶;同超瑋
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01H1/14
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 張曉霞

技術領域

本發明涉及旋轉機械故障診斷領域，具體涉及一種基于非線性壓縮變換的轉子碰摩故障檢測方法及系統。

背景技術

動靜件碰摩是一類常見的旋轉機械故障，輕者可引起動靜件的摩擦損傷，重者可造成嚴重的摩擦與碰撞故障。碰摩發生時，一般先是局部碰摩，隨著碰摩加劇最終導致整周碰摩。因此，采取有效的信號處理方法及時準確檢測碰摩故障對于防止重大碰摩事故的發生，具有重要的實際意義。

傳統的碰摩故障信號處理方法通過頻譜分析判斷是否存在轉子系統轉頻、倍頻及其分數頻譜的方法判斷是否存在碰摩故障。然而，這些特征與轉子系統的不平衡、不對中等故障的特征相同或者類似。當發現某個特征存在時，很難定位到轉子系統存在碰摩故障。因此，尋找碰摩故障唯一性的振動信號碰摩特征，是有效診斷碰摩故障的關鍵。

發明內容

針對上述部分問題，本發明提供了一種基于非線性壓縮變換的轉子碰摩故障的檢測方法及系統，用于檢測旋轉機械中轉子系統碰摩故障。

一種基于非線性壓縮變換的轉子碰摩故障檢測方法，所述方法通過對轉子系統的振動信號進行非線性壓縮變換得到所述振動信號的時頻表示，結合所述時頻表示計算所述振動信號的瞬時頻率，進而進一步計算所述瞬時頻率的震蕩部分的頻譜；假設f_r為所述轉子系統的轉頻，如果所述頻譜的最大譜峰位于[0.99f_r，1.01f_r]范圍內且幅值超出所述轉頻的2％，則可判定所述轉子系統存在碰摩故障；否則，判定所述轉子系統不存在碰摩故障；所述非線性壓縮變換包括以下步驟：

S100：計算振動信號的短時傅里葉變換：

上式中，為振動信號x(t)的短時傅里葉變換時頻表示結果，其中t為時間變量，f為頻率變量，g_σ(t)為短時傅里葉變換的參數化窗函數，σ為尺度參數；

S101：計算振動信號的導數窗短時傅里葉變換：

上式中，為振動信號x(t)的導數窗短時傅里葉變換時頻表示結果，g′_σ(t)為短時傅里葉變換的參數化窗函數g_σ(t)的一階導數，其中σ為尺度參數；

S102：得到振動信號x(t)的非線性壓縮變換后的時頻表示P_x(t，f)：

一種基于非線性壓縮變換的轉子碰摩故障檢測系統，所述系統包括時頻變換裝置、脊線搜索裝置和故障分析裝置；

所述時頻變換裝置通過對轉子系統的振動信號進行非線性壓縮變換得到所述振動信號的時頻表示，并將所述時頻表示傳給脊線搜索裝置；

所述脊線搜索裝置接收所述時頻變換裝置的時頻表示，在所述時頻表示中搜索脊線獲取瞬時頻率，并將所述瞬時頻率傳給故障分析裝置；

所述故障分析裝置接收所述脊線搜索裝置的瞬時頻率，通過計算獲取述瞬時頻率的震蕩部分，利用所述震蕩部分的頻譜進行分析，如果所述頻譜的最大譜峰位于[0.99f_r，1.01f_r]范圍內且幅值超出所述轉頻的2％，則可判定所述轉子系統存在碰摩故障；否則，判定所述轉子系統不存在碰摩故障；其中f_r為所述轉子系統的轉頻；

所述非線性壓縮變換包括以下處理過程：

P100：將所述檢測信號變換成信號時頻表示；

P101：計算振動信號的短時傅里葉變換：

上式中，為振動信號x(t)的短時傅里葉變換時頻表示結果，其中t為時間變量，f為頻率變量，g_σ(t)為短時傅里葉變換的參數化窗函數，σ為尺度參數，i是虛數單位；

P102：計算振動信號的導數窗短時傅里葉變換：

上式中，為振動信號x(t)的導數窗短時傅里葉變換時頻表示結果，g′_σ(t)為短時傅里葉變換的參數化窗函數g_σ(t)的一階導數，其中σ為尺度參數；

P103：得到振動信號x(t)的非線性壓縮變換后的時頻表示P_x(t，f)：

本發明通過提取轉子系統碰摩故障時的瞬時頻率，通過分析其震蕩特征判斷故障是否存在。該方法通過提取與轉子系統不平衡、不對中等故障不同的震蕩瞬時頻率特征，判定碰摩故障是否存在，結果快速可靠，簡單易行，適用轉子的在線健康監測。

附圖說明

圖1 Bently轉子實驗臺布置示意圖；