[發(fā)明專利]一種軌旁聲學(xué)故障診斷方法和設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310038665.0
• 申請日: 2023-01-13
• 公開（公告）號: CN116067658A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡定玉;劉丹懿;師蔚;廖愛華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045;B61L27/57;G06F18/24;G06F18/213
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發(fā)明涉及一種軌旁聲學(xué)故障診斷方法和設(shè)備，由于傳聲器陣列采集到故障軸箱軸承信號很容易淹沒在強沖擊干擾與強背景噪聲中，導(dǎo)致其故障特征提取困難。因此，基于傳統(tǒng)時域波束形成原理，以“峭度值”作為指標(biāo)一，計算聚焦面上各點源的峭度值并迭代去除最強干擾源信號，得到更新后的波束形成結(jié)果。隨后，將“能量值”作為指標(biāo)二，相關(guān)計算與上述一致。最后，根據(jù)刪除干擾源后的目標(biāo)信號，并通過包絡(luò)譜分析獲取故障診斷結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)對強沖擊性噪聲不奏效而導(dǎo)致故障診斷效果差的問題，去噪效果明顯，且能準確提取軸箱軸承故障特征，最終實現(xiàn)軸箱軸承故障診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械故障診斷領(lǐng)域，尤其是涉及一種軌旁聲學(xué)故障診斷方法和設(shè)備。

背景技術(shù)

軸箱軸承是軌道車輛走行部中的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)部件，其在運行過程中的狀態(tài)很大程度上會影響列車的安全。因此，對軸箱軸承進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷以確保列車運行安全尤為重要。

目前，非接觸式軌旁軸箱軸承狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)受到關(guān)注，該技術(shù)借助安裝在軌旁的傳聲器陣列來接收列車通過有效孔徑范圍時發(fā)出的聲信號進行軸箱軸承監(jiān)測。相比現(xiàn)有的車載狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，軌旁聲學(xué)系統(tǒng)具備如下不可取代的優(yōu)勢：首先，該系統(tǒng)僅需一套監(jiān)測設(shè)備即可實現(xiàn)對所有通過列車軸箱軸承的故障監(jiān)測，降低了維保成本；其次，避免了車載系統(tǒng)中振動傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)機械上時產(chǎn)生的額外負載，第三，該系統(tǒng)通用性更強，使用更為廣泛。

然而，在軌旁聲學(xué)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，多普勒失真和強背景噪聲嚴重影響了診斷結(jié)果的準確性。多普勒失真意味著傳聲器陣列采集到的聲學(xué)信號受到多普勒效應(yīng)的影響，且由于列車軸承和固定傳聲器陣列之間的相對運動而嚴重失真，導(dǎo)致信號出現(xiàn)幅值調(diào)制、頻移、展寬現(xiàn)象，其故障特征無法被準確識別。現(xiàn)有的多普勒去除技術(shù)可分為兩類，一種基于單傳聲器，另一種基于傳聲器陣列來實現(xiàn)多普勒效應(yīng)消除。時域插值重采樣法和瞬時頻率法均是以單傳聲器所獲取的信號為前提來實現(xiàn)多普勒效應(yīng)的去除。但不可避免的會受到參數(shù)、強背景噪聲和濾波器自身缺陷帶來的影響。而波束形成作為一種基于傳聲器陣列所獲取的信號實現(xiàn)效應(yīng)去除的算法，長期以來受到廣泛使用，具有獨特優(yōu)勢。波束形成亦是一種基于目標(biāo)聲源和傳聲器陣列所構(gòu)建的空間濾波技術(shù)，后來亦被用于多普勒去除、軌旁聲學(xué)信號提取和故障診斷。然而，當(dāng)信號采集過程中旁瓣引起強背景噪聲時，波束形成濾波的有效性會降低，而為此去設(shè)計一個最佳濾波器并不是最好的辦法，復(fù)雜且不切實際。

中國專利申請?zhí)朇N202010178652.X公開了基于計算階次跟蹤與譜峭度的滾動軸承故障診斷方法，包括以下步驟：對時域振動信號進行樹狀分解濾波，得到各頻帶的信號，計算譜峭度并繪制譜峭度圖，計算得到濾波最優(yōu)解調(diào)帶寬的中心頻率、最優(yōu)解調(diào)帶寬；根據(jù)最優(yōu)解調(diào)帶寬對時域振動信號進行帶通濾波，對濾波后的信號進行Hilbert包絡(luò)解調(diào)，得到含有故障沖擊的包絡(luò)信號；設(shè)定轉(zhuǎn)速脈沖閾值，得到脈沖發(fā)生時刻，求解角度域時間二次方程系數(shù)，求角域平穩(wěn)信號；對角域平穩(wěn)信號進行快速傅里葉變換，設(shè)定采樣頻率為角域采樣率，得出故障診斷結(jié)論。該方法能夠在變工況條件下，有效提取軸承故障特征階次成分。但是，該申請并未解決軌旁聲學(xué)監(jiān)測環(huán)境中的大量強沖擊干擾與強背景噪聲難以濾除以及軸承故障特征提取困難的問題。

綜上，當(dāng)前缺少一種軌旁聲學(xué)故障診斷方法和設(shè)備，以解決或部分解決強沖擊干擾與強背景噪聲難以濾除以及軸承故障特征提取困難的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種軌旁聲學(xué)故障診斷方法和設(shè)備，以解決或部分解決強沖擊干擾與強背景噪聲難以濾除以及軸承故障特征提取困難的問題。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的一個方面，提供了一種軌旁聲學(xué)故障診斷方法，包括如下步驟：

獲取來自傳聲器陣列的聲信號，將所述聲信號轉(zhuǎn)換為時域下的波束形成結(jié)果；