[發(fā)明專利]一種基于最優(yōu)信噪比的信號(hào)自適應(yīng)解包絡(luò)方法及計(jì)算設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710607183.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN107389367B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海濱;朱非白;賈維銀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽容知日新科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00
• 代理公司: 北京思睿峰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11396
• 代理人: 趙愛軍;謝建云

本發(fā)明公開了一種基于最優(yōu)信噪比的信號(hào)自適應(yīng)解包絡(luò)方法，包括步驟：獲取在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障監(jiān)測(cè)時(shí)以預(yù)定采樣頻率采樣得到的包含故障信息的待處理信號(hào)；構(gòu)建樹形搜索結(jié)構(gòu)，其中，樹形搜索結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻帶根據(jù)預(yù)定采樣頻率和每一層的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算得到；根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻帶對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濾波信號(hào)；對(duì)濾波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)處理，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的解包絡(luò)信號(hào)及其包絡(luò)譜；根據(jù)包絡(luò)譜計(jì)算每個(gè)解包絡(luò)信號(hào)的信噪比，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信噪比；以及選取信噪比最大的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的包絡(luò)譜作為最優(yōu)包絡(luò)譜，以便對(duì)待處理信號(hào)的故障頻率及諧波進(jìn)行分析。本發(fā)明一并公開了用于執(zhí)行該方法的計(jì)算設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于最優(yōu)信噪比的信號(hào)自適應(yīng)解包絡(luò)方法及計(jì)算設(shè)備。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械目前被廣泛地應(yīng)用在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，無論是齒輪還是軸承等，其運(yùn)行質(zhì)量將直接影響整臺(tái)設(shè)備的工作性能。因此，相關(guān)設(shè)備的早期故障檢測(cè)具有十分重要的意義。根據(jù)理論分析，當(dāng)滾動(dòng)軸承的工作表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，由于缺陷被撞擊，將以一定的通過頻率產(chǎn)生一系列的寬帶沖擊。同時(shí)，這些寬帶沖擊將激勵(lì)整個(gè)軸承系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的沖擊衰減響應(yīng)，這些沖擊衰減響應(yīng)中就包含了軸承對(duì)應(yīng)的相關(guān)故障信息。

這種振動(dòng)沖擊響應(yīng)的特征提取有很多方法，其中包絡(luò)解調(diào)法可以將信號(hào)中所包含的故障信息從復(fù)雜的調(diào)幅振動(dòng)信號(hào)中分離出來，也是目前應(yīng)用最廣泛的診斷方法之一。包絡(luò)解調(diào)技術(shù)實(shí)際上就是利用前面提到的振動(dòng)沖擊響應(yīng)信號(hào)，在其信號(hào)的共振帶附近選取一定帶寬進(jìn)行帶通濾波，對(duì)濾波后信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波和頻譜分析等，最終實(shí)現(xiàn)相應(yīng)故障的類型判定和精密診斷。

然而，傳統(tǒng)的包絡(luò)解調(diào)方法具有明顯的限制點(diǎn)，在計(jì)算過程中我們需要確定濾波中心頻率和濾波帶寬，而對(duì)這些參數(shù)的選擇需要有先驗(yàn)知識(shí)，而且不同的設(shè)備環(huán)境其信號(hào)的共振帶差別很大，這些參數(shù)的選取最終會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生很大影響。在傳統(tǒng)的方法中，一種是利用傳感器諧振頻率作為中心頻率進(jìn)行濾波，但傳感器不同的安裝方式和安裝環(huán)境會(huì)對(duì)其實(shí)際諧振頻率影響很大，而且傳感器和監(jiān)測(cè)部件的連接方式會(huì)影響信號(hào)的傳遞效果，實(shí)際中使用的傳感器的諧振頻率也很難準(zhǔn)確獲得。另一種是利用頻譜曲線峰值或者譜峭度方法確定中心頻率和帶寬，但是在信號(hào)的頻譜曲線峰值位置處，有時(shí)候會(huì)有大量的噪聲信號(hào)存在，導(dǎo)致解調(diào)后的信號(hào)信噪比低；利用譜峭度方法又會(huì)引入短時(shí)傅里葉變換(STFT)過程中的兩個(gè)新的參數(shù)加窗位置和窗口長(zhǎng)度，相關(guān)參數(shù)選擇困難，計(jì)算量也大。此外，在目前人工診斷過程當(dāng)中，也需要診斷工程師人為地去選擇不同的包絡(luò)頻段來觀察包絡(luò)效果，并進(jìn)一步給出診斷結(jié)論，嚴(yán)重影響對(duì)信號(hào)的處理效率。

因此，需要一種能夠有效地用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障信號(hào)處理的自適應(yīng)包絡(luò)解調(diào)方法。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供了一種基于最優(yōu)信噪比的信號(hào)自適應(yīng)解包絡(luò)方法及計(jì)算設(shè)備，以力圖解決或者至少緩解上面存在的至少一個(gè)問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于最優(yōu)信噪比的信號(hào)自適應(yīng)解包絡(luò)方法，包括步驟：獲取在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障監(jiān)測(cè)時(shí)以預(yù)定采樣頻率采樣得到的包含故障信息的待處理信號(hào)；構(gòu)建樹形搜索結(jié)構(gòu)，其中，樹形搜索結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻帶根據(jù)預(yù)定采樣頻率和每一層的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算得到；根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻帶對(duì)待處理信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濾波信號(hào)；對(duì)濾波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)處理，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的解包絡(luò)信號(hào)及其包絡(luò)譜；根據(jù)包絡(luò)譜計(jì)算每個(gè)解包絡(luò)信號(hào)的信噪比，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信噪比；以及選取信噪比最大的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的包絡(luò)譜作為最優(yōu)包絡(luò)譜，以便對(duì)待處理信號(hào)的故障頻率及諧波進(jìn)行分析。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)解包絡(luò)方法中，樹形搜索結(jié)構(gòu)中第i層的節(jié)點(diǎn)數(shù)N_i是：

其中，Nlevel表示該樹形搜索結(jié)構(gòu)的樹層數(shù)。