[發(fā)明專利]基于時頻譜相關(guān)性分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910174944.3
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109948487B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭遠(yuǎn)晶;楊友東;林森;宋士剛
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14;G01M13/00;G01H17/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

基于時頻譜相關(guān)性分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征提取方法，首先在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備上采集一組振動信號，對其進(jìn)行時頻變換得到時頻譜；然后在時頻譜中選取一個沖擊特征，令其從時頻譜的初始時間開始，沿時間軸逐點(diǎn)平移，不斷地在時頻譜中遮掩一個時頻區(qū)塊，同時計算沖擊特征與遮掩時頻區(qū)塊之間的相關(guān)系數(shù)，平移結(jié)束后獲得相關(guān)系數(shù)序列；最后對相關(guān)系數(shù)序列進(jìn)行傅里葉變換，從頻譜中提取故障特征頻率。本發(fā)明獲得的相關(guān)系數(shù)序列曲線可以直觀展現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備振動信號中沖擊特征的變化規(guī)律，極大去除了噪聲及其它干擾信號的影響；相關(guān)系數(shù)序列的頻譜則可以有效方便地提取出故障特征頻率，用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的故障診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于時頻譜相關(guān)性分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征提取方法。

背景技術(shù)

規(guī)律性沖擊振動是旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部元件故障損傷的一個典型特征，這種沖擊特征的頻率與旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的具體故障狀態(tài)直接相關(guān)。但由于設(shè)備的組成元件通常較多，故障沖擊特征從故障損傷的振源沿著復(fù)雜路徑傳遞到設(shè)備表面過程中，存在一定的衰減。此外，設(shè)備中的其它運(yùn)動元件也會激勵相應(yīng)的振動，再加上工作環(huán)境噪聲的干擾，振動傳感器在設(shè)備上能夠測量到的故障沖擊特征通常較為微弱，尤其是在設(shè)備故障損傷早期。因此，從設(shè)備振動信號中檢測或提取出故障相關(guān)的規(guī)律性沖擊特征，進(jìn)而識別故障特征頻率，并不是一件容易的事情，這方面的研究也是旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障診斷研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時，故障沖擊特征具有周期性的特點(diǎn)，其檢測或提取的方法有濾波降噪、倒譜分析、信號分解、解卷積分析、隨機(jī)共振以及時頻分析等?？紤]到時頻分析方法(典型如S變換、短時Fourier變換、Gabor變換等)具有較強(qiáng)的沖擊特征檢測能力，近些年來受到了廣泛的關(guān)注與研究。但是，振動信號的時頻分析方法本身不能降低噪聲，對于較低信噪比的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障振動信號，時頻譜中往往只會突出少數(shù)能量較大的沖擊特征，大部分能量較小的沖擊特征則被噪聲淹沒，因而沖擊特征的規(guī)律性無法直觀展現(xiàn)，故障特征頻率也難以有效提取。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)中時頻分析方法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障特征提取中存在的不足，提出一種基于時頻譜相關(guān)性分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征提取方法。

本發(fā)明的基于時頻譜相關(guān)性分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征提取方法，包括以下步驟：

(1)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備上采集一組長度為L的振動加速度信號x(n)，其中n＝0,1,…,L-1；

(2)對信號x(n)進(jìn)行時頻變換，得到時頻譜TFD(l,k)，其中時間l＝0,1,…,L-1，頻率k＝0,1,…,L/2-1；

(3)在時頻譜TFD(l,k)中選取兩個時頻點(diǎn)(l₁,k₁)、(l₂,k₂)，從而選取一個沖擊特征I(i,j)，其中時間i＝0,1,…,l₂-l₁，頻率j＝0,1,…,k₂-k₁；沖擊特征I(i,j)所在的時頻區(qū)塊為TFD(l_o,k_o)，即I(i,j)＝TFD(l_o,k_o)，其中時間l_o＝l₁,l₁+1,…,l₂，頻率k_o＝k₁,k₁+1,…,k₂；

(4)在時頻譜TFD(l,k)中，保持頻帶[k₁,k₁+1,…,k₂]不變，令沖擊特征I(i,j)從時間點(diǎn)l＝0開始，沿著時間軸逐點(diǎn)平移；