[發(fā)明專利]一種轉子故障特征提取方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710244866.0
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106989907B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 黃傳金;宋海軍;職為梅;孟雅俊;雷文平;李凌均;趙靜
• 申請（專利權）人: 中州大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01H11/06
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

本發(fā)明涉及一種轉子故障特征提取方法及裝置，屬于旋轉機械設備技術領域。本發(fā)明首先將轉子互相垂直的徑向振動和軸向振動信號組成一個三元信號；然后根據(jù)三元信號的空間包絡特點，自適應地將三元信號按旋轉速度從高到低的順序分解成系列三元信號與一個剩余信號之和；旋轉機械轉速得到基頻信息，確定需要融合的三元信號；最后融合相應的三元信號三個振動方向的功率譜得到矢功率譜，根據(jù)該矢功率譜提取故障特征。本發(fā)明將三個相互垂直方向上的振動信號作為一個整體來分解，確保每個方向上有相同的分解尺度，有效融合了轉子徑向和軸向的故障特征，綜合反映了轉子徑向和軸向故障特征，提取的故障特征更為全面、清晰。

技術領域

本發(fā)明涉及一種轉子故障特征提取方法及裝置，屬于旋轉機械設備技術領域。

背景技術

轉子故障特征提取是機械故障診斷的必要條件，全面、準確地提取轉子故障特征是正確進行機械故障診斷的前提和基礎。轉子發(fā)生故障時的振動信號往往是非線性、非平穩(wěn)信號，振動信號的能量會隨振動信號的頻率變化而發(fā)生變化。振動信號的能量譜比傳統(tǒng)的頻譜分析能更加全面、客觀的反映系統(tǒng)實際情況。信號功率譜可以反映信號能量的變化，所以常常通過振動信號的功率譜來獲取振動信號特征。傳統(tǒng)的振動信號功率譜方法只分析了單一振動方向的信號的功率譜，由于轉子的各向異性以及故障位置的不確定性，在不同方向采集的信號可能振動強度也不相同，其能量、頻率組成也可能不盡相同。所以，單一方向振動信號的功率譜不能全面準確地轉子故障時的實際情況，在此基礎上做出的診斷結果會發(fā)生誤判或漏判。鄭州大學的韓捷等人提出了全矢功率譜，全矢功率譜融合了轉子某一個截面上徑向方向上互相垂直的振動信號的功率譜特征，由此獲取的轉子故障特征更為準確、全面。由于振動信號的非線性以及采集信號時不可避免引入的噪聲信號，直接對采集的振動信號進行全矢功率譜分析時，得到的譜線特征較為模糊，不明顯的特征信息會被噪聲成份淹沒，無法看到細節(jié)特征。

為解決這些問題，有學者分別對互相垂直方向的信號進行多尺度分解，然后按一一對應原則進行功率譜融合，得到相應的全矢功率譜。這種方法得到的全矢功率譜更為清晰，譜線特征表達的更為細膩。但這種方法也存在兩個問題：一是功率譜融合問題，即分別對不同方向的信號進行多尺度分解時容易出現(xiàn)尺度不統(tǒng)一問題，比如x方向振動信號分解成6個振動信號，y方向振動信號分解成5個振動信號，按一一對應原則融合時會出現(xiàn)難以融合問題，本質上這種方法是一維信號處理方法，但處理對象是二維信號，即處理方法與處理對象存在矛盾；二是只融合了徑向互相垂直方向上的振動信號特征，而忽略了軸向信息，不能反映轉子軸向故障；即只融合了轉子某一個徑向截面上的振動信號特征，而不是從三維空間角度融合轉子故障特征，反映的轉子故障特征不夠全面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種轉子故障特征提取方法，用以解決目前轉子故障特征提取不全面的問題，同時，本發(fā)明還提供了一種轉子故障特征提取裝置。

本發(fā)明為解決上述技術問題而提供了一種轉子故障特征提取方法，該提取方法包括以下步驟：

1)檢測轉子同一截面上相互垂直的徑向振動信號和轉子軸向振動信號，并將其構成一個三元旋轉信號；

2)根據(jù)三元旋轉信號的包絡特點將三元旋轉信號按照旋轉速度的順序分解成系列三元信號形式的旋轉信號與一個剩余信號之和；

3)將分解得到的三元信號形式的旋轉信號從時域變換到頻域，根據(jù)轉子振動信號的基頻確定需要融合的三元信號；

4)對確定的三元信號三個振動方向的功率譜進行融合，以得到各三元信號的矢功率譜，并根據(jù)得到的矢功率譜進行轉子故障特征提取。

進一步地，所述步驟1)構成的三元旋轉信號w(t)為：

w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)