[發明專利]一種基于聲振信號融合的滾動軸承故障檢測方法

有效

• 申請號: 202010552045.5
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111678698B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 石懷濤;李陽陽;白曉天;李獻文;李思慧
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種基于聲振信號融合的滾動軸承故障檢測方法。首先提取待測滾動軸承的振動信號和聲信號，然后建立聲信號的滑動矩形窗函數，其次從待檢測振動信號的第一個信號點開始，通過移動矩形窗建立每次移動后的融合信號，并求解融合信號的均方根值、均柔值得到均滑值，找到最優融合信號，最后通過判斷最優融合信號所在的近似故障特征頻率的取值范圍，診斷出待測軸承的故障；本發明解決了振動傳感器布置受到限制，以及故障特征頻率處幅值較低等問題；同時也解決了聲信號受到背景噪聲影響導致信噪比較低等問題，可以準確識別出滾動軸承的微弱故障，提高了診斷的準確性和診斷效率，在滾動軸承狀態監測中取得了良好的效果。

技術領域

本發明涉及軸承故障診斷技術領域，尤其涉及一種基于聲振信號融合的滾動軸承故障檢測方法。

背景技術

滾動軸承是旋轉機械中應用最廣泛的部件之一，被廣泛應用于機械加工、冶金、化工及航空等重要領域。由于滾動軸承經常處于高溫、高速和重載的工作環境中，導致滾動軸承很容易損壞，一旦其發生故障且并未被及時檢測出，將會導致機器故障和意外停機，造成巨大的經濟損失，甚至威脅到工人的人身安全。因此，在旋轉機械中，滾動軸承的故障診斷發揮著至關重要的作用。

滾動軸承的振動信號包含大量的信息，并且極易獲取，在過去的幾十年中被廣泛的應用于滾動軸承的故障診斷中。但是振動信號是通過接觸式測量獲取的，振動傳感器的布置受到環境的限制，不適合安裝在高溫、高濕和高腐蝕的工作環境中，而且故障頻率處振幅較低，不易檢測到微弱的故障，而聲信號是通過非接觸測量獲得的，可改善振動信號接觸式測量的局限性，目前在故障診斷中已經成為一種新的研究方法。但是在采集聲信號的過程中，故障特征信息容易受到背景噪聲的影響，導致信噪比較低，診斷精度不足。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種基于聲振信號融合的滾動軸承故障檢測方法，包括以下步驟：

步驟1：采集待測滾動軸承的振動信號V'和聲信號S'，并分別存儲在計算機上；采集振動信號V'的傳感器Q₁安裝在待測滾動軸承的軸承座上，采集聲信號S'的傳感器Q₂安裝在距軸承端面距離值為d的平面上，且滿足傳感器Q₂的中心點位于軸承的軸線上；

步驟2：從振動信號V'中提取一段包含N_v個連續信號點的振動信號作為待檢測振動信號V，即V＝{V[u]|u＝1,2,…,N_v}；從聲信號S'中提取一段包含N_s個連續信號點的聲信號作為待檢測聲信號S，即S＝{S[v]|v＝1,2,…,N_s}，其中N_v表示待檢測振動信號V的總信號點數，N_s表示待檢測聲信號S的總信號點數；

步驟3：針對待檢測聲信號S建立滑動矩形窗函數，并設置矩形窗的寬和移動步長，其中矩形窗的寬取值為待測滾動軸承轉動頻率的正整數倍，定義所述矩形窗包含聲信號的信號點數為N_O；

步驟4：從待檢測振動信號V的第一個信號點V[1]開始，通過移動矩形窗建立待檢測振動信號V與待檢測聲信號S的融合信號；

步驟5：利用公式(1)計算融合信號F_j的均方根值RMS(F_j)，

式中，F_j表示聲信號S_j與振動信號V_j的融合信號，F_j[i]表示融合信號F_j上的第i個信號點，N_O表示矩形窗包含的信號點數；

步驟6：利用公式(2)～公式(3)計算融合信號F_j和聲信號S_j之間的均柔值SM(F_j,S_j)，