[發(fā)明專利]基于旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基頻的故障診斷方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210700846.0
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114781466B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡翔;彭朋
• 申請（專利權(quán)）人: 西安因聯(lián)信息科技有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01M13/00;G01M13/021;G01M13/028;G01M13/045;G01H1/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王瀟

本發(fā)明涉及一種基于旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基頻的故障診斷方法及系統(tǒng)，屬于故障診斷分析領(lǐng)域。方法包括：獲取旋轉(zhuǎn)機械振動信號并計算所述旋轉(zhuǎn)機械振動信號的原始頻譜；計算所述原始頻譜在各個頻率下的噪聲水平作為噪聲頻譜；根據(jù)所述原始頻譜和所述噪聲頻譜計算歸一化諧波乘積譜；提取所述歸一化諧波乘積譜中最大幅值對應(yīng)的頻率作為諧波基頻基準值；基于所述諧波基頻基準值獲取實際的諧波基礎(chǔ)頻率；根據(jù)所述諧波基礎(chǔ)頻率進行旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的故障診斷，得到故障診斷結(jié)果。采用本發(fā)明方法能夠準確識別旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基頻，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的精準故障診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及故障診斷分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基頻的故障診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在進行旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測時，采集振動信號后（通常為：加速度信號、速度信號和位移信號）需要分析設(shè)備故障特征頻率，而大部分故障信號在頻譜中都表現(xiàn)為大量豐富的諧波現(xiàn)象，這些諧波的基礎(chǔ)頻率可能為設(shè)備旋轉(zhuǎn)工作頻率，設(shè)備軸承部件的內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架故障特征頻率，齒輪箱的嚙合頻率，或者是和電氣故障相關(guān)的工頻特征頻率。通過檢測識別振動信號的諧波基礎(chǔ)頻率，辨別諧波基礎(chǔ)頻率的類別進而確定故障類型是故障診斷中的常規(guī)診斷方法。由此可見諧波基礎(chǔ)頻率識別是故障診斷分析中的基礎(chǔ)。

從旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的振動信號提取諧波基礎(chǔ)頻率目前主要有以下幾種做法：1)直接識別頻譜中最大幅值對應(yīng)的頻率作為基礎(chǔ)頻率，這種方法計算簡單高效，但是往往頻譜幅值最大的頻率往往并不一定是諧波基礎(chǔ)頻率，可能為任一高次諧波對應(yīng)的頻率值甚至是其他無關(guān)頻率，因此這種方法易導(dǎo)致識別錯誤；2)識別頻譜中前幾大幅值對應(yīng)的頻率值作為諧波基礎(chǔ)頻率候選集，通過判斷這些頻率的倍數(shù)關(guān)系，確定諧波基礎(chǔ)頻率；3)通過諧波求和計算各次諧波幅值加權(quán)求和，以諧波加權(quán)求和的最大值所對應(yīng)的基礎(chǔ)頻率作為諧波基頻結(jié)果，這種方式需設(shè)定諧波次數(shù)，同時諧波求和的物理含義不明確導(dǎo)致對應(yīng)的加權(quán)求和最大值的基礎(chǔ)頻率并不一定為實際的基礎(chǔ)頻率；4)發(fā)明專利CN109410980A針對音頻諧波信號，使用常Q變換，得到常Q變換譜，并使用求和方法獲取基礎(chǔ)頻率的初始候選集，最后根據(jù)最大后驗概率準則提取諧波信號基頻；5)通過其他信號處理轉(zhuǎn)換，包括自相關(guān)法、倒譜法、小波變換法等提取信號的中最大幅值的頻率作為基礎(chǔ)頻率。上述這些方法中本質(zhì)核心其實都是對諧波頻率幅值的判斷，進而識別基礎(chǔ)頻率。但是由于計算的物理意義不明確，以及諧波基礎(chǔ)頻率確定準則不一致，導(dǎo)致各個方法的識別效果千差萬別，并且各個方法并不能直接應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的振動信號諧波基礎(chǔ)頻率提取中。

可見，由于旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基礎(chǔ)頻率現(xiàn)有識別準則不一致，識別準確率依賴于各個方法或?qū)π盘柕南闰瀰?shù)設(shè)定，導(dǎo)致了實際在旋轉(zhuǎn)機械振動信號中諧波基礎(chǔ)頻率識別普遍存在準確率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決或至少緩解上述問題，本發(fā)明提出一種基于旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基頻的故障診斷方法及系統(tǒng)，能夠準確識別旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基頻，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的精準故障診斷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于旋轉(zhuǎn)機械振動信號諧波基頻的故障診斷方法，包括：

獲取旋轉(zhuǎn)機械振動信號并計算所述旋轉(zhuǎn)機械振動信號的原始頻譜；

計算所述原始頻譜在各個頻率下的噪聲水平作為噪聲頻譜；

根據(jù)所述原始頻譜和所述噪聲頻譜計算歸一化諧波乘積譜；

提取所述歸一化諧波乘積譜中最大幅值對應(yīng)的頻率作為諧波基頻基準值；

基于所述諧波基頻基準值獲取實際的諧波基礎(chǔ)頻率；

根據(jù)所述諧波基礎(chǔ)頻率進行旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的故障診斷，得到故障診斷結(jié)果。

可選地，所述獲取旋轉(zhuǎn)機械振動信號并計算所述旋轉(zhuǎn)機械振動信號的原始頻譜，具體包括：