[發明專利]一種基于譜相干生成非稀疏指標指導的增強包絡譜的方法

有效

• 申請號: 202011268536.3
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112487882B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 程堯;陳丙炎;張衛華;梅桂明;周寧
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01M13/045
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

本發明公開了一種基于譜相干生成非稀疏指標指導的增強包絡譜的方法，利用循環頻率頻譜切片的局部峰值分布信息篩選包含故障特征信息的離散頻譜頻率，進而通過積分算子構造增強包絡譜識別旋轉機械故障；首先在譜相關/譜相干平面上收集每一個循環頻率頻譜切片的局部最值信息，將少數包含最多局部最值的循環頻率篩選為候選故障特征頻率；接著，選取在后候選故障特征頻率處取得最多局部最大值的循環頻率頻譜切片，得到一系列包含故障特征信息的離散頻譜頻率；最后，這些離散頻譜頻率處利用積分得到增強包絡譜。本發明能有效提取旋轉機械局部缺陷故障特征信息，可用于旋轉機械早期故障診斷。

技術領域

本發明屬于旋轉機械結構健康監測領域，尤其涉及滾動軸承狀態監測與早期故障診斷領域。

背景技術

滾動軸承是現代工業系統中的及其精密的部件，其主要功能是將驅動軸和軸承座之間的滑動摩擦變成滾動摩擦，以確保機械系統的正常運轉。在惡劣的運行環境中，旋轉機械受到軸向載荷，徑向載荷，沖擊載荷和各種外部激勵的影響，從而容易引起內部組件的結構疲勞裂紋。如果不及時采取適當的維護策略，容易引起機械系統故障，甚至很可能造成嚴重的經濟損失。因此，滾動軸承的早期故障檢測對確保機械系統的安全性和可靠性具有重要意義。

調制現象和強烈的背景噪聲干擾是限制滾動軸承弱故障檢測的主要因素。在《Mechanical Systems and Signal Processing》中2017年發表的《Fast computation ofthe spectral correlation》提出了快速譜相關算法，通過將振動信號映射到由頻譜頻率和循環頻率組成的二維平面中來揭示軸承的弱故障特性，是一種有效的旋轉機械故障診斷方法。然而，強噪聲和弱故障條件下，如何確定包含故障特征信息的頻譜頻帶/循環頻率頻譜切片，進而生產增強包絡譜EES識別旋轉機械故障，一直是研究熱點和難點。2019年在《Mechanical Systems and Signal Processing》中發表的《A simple and fastguideline for generating enhanced squared envelope spectra from spectralcoherence for bearing fault diagnosis》提出了基于L2/L1范數選取故障信息頻譜頻帶。該方法使用帶寬為軸承內圈故障頻率的3倍頻來掃描譜相干平面，并選擇L2/L1范數最大的頻帶作為生成EES的最佳頻帶。2019年在《Mechanical Systems and SignalProcessing》中發表的《Bearing diagnostics under strong electromagneticinterference based on Integrated Spectral Coherence》提出利用了一種基于軸承故障特征頻率及其諧波的歸一化診斷特征(NDF)來確定包含故障特征頻帶的方法。該方法首先利用1/3二叉樹結構濾波器對譜相干平面沿著頻譜頻率軸進行劃分，并計算每個頻帶的NDF，最后沿頻譜頻率進行積分，并將NDF作為積分權重，生成EES進行軸承診斷。2019年在《Mechanical Systems and Signal Processing》中發表的《A methodology foridentifying information rich frequency bands for diagnostics of mechanicalcomponents-of-interest under time-varying operating conditions》提出了一種基于信噪比的特征指標，用于確定譜相干平面上包含故障特征信息的頻譜頻帶，并將生成的增強包絡譜運用于軸承故障診斷。這些用于在譜相干平面上篩選包含故障特征信息的頻譜頻帶的方法依賴于稀疏指標(如L2/L1范數，NDF等)，而不同的指標可能會指導選擇不同的最佳頻段，這使得非專家在運用該方法時很難選擇合適的稀疏指標。同時，這些方面只能選取連續的頻帶生成增強包絡譜，難以提取包含大量故障特征信息的單一循環頻率頻譜切片。

發明內容

為了能有效地解決旋轉機械早期微弱故障診斷問題，為機械系統服役安全提供保障。本發明提供了一種基于譜相干生成非稀疏指標指導的增強包絡譜的方法。