[发明专利]基于外加周期信号控制随机共振的轴承故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障信号检测方法，尤其涉及一种在轴承故障诊断中使用的故障信号检测方法。

背景技术

轴承是机器最常用却易磨损的部件。据不完全统计，旋转机器大约30%的故障由轴承故障引起的。产生轴承故障的原因有疲劳剥落，磨损，塑性变形，诱蚀，断裂，胶合，保持架损坏等。如果不能及时诊断轴承早期故障，将使机器设备产生严重故障，从而造成巨大的经济损失。因此，诊断出轴承的早期故障特征对避免严重故障的发生，保证机器设备的正常运行有着重大的现实意义。在轴承故障诊断领域，利用现代信号处理方法对轴承故障进行处理，从含有噪声的信号中准确提取故障特征信号，是当前故障诊断的研究热点之一。采用的方法大多利用信号与噪声特性上的差异，通过数学变换方法来削弱噪声，提取有用信号，不存在噪声与信号能量转换的物理机制，因而难以放大强噪声中的弱信号。其次，轴承故障信号由故障特征信号和背景噪声组成。大量的背景噪声会引起现场测量信号信噪比降低，当干扰严重时，甚至无法检测出轴承故障的早期特征，影响了旋转机器的正常运行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于外加周期信号控制随机共振的轴承故障检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于外加周期信号控制随机共振的轴承故障检测方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）利用采集系统采集振动加速度信号；

（2）将轴承故障信号经变尺度方法变换为小频率信号；

（3）将变尺度后的轴承故障信号作用到双稳系统，分析双稳系统输出的功率谱，按频率压缩尺度比恢复实测轴承故障信号的采集尺度；

（4）外加单一频率周期信号作为控制信号作用于双稳系统，调节控制信号的幅值，从而人为地产生或加强随机共振，检测出轴承故障特征信号。

进一步地，所述步骤（1）具体为：将加速度传感器固定在振动台上，利用采集系统采集轴承的振动加速度信号即轴承故障信号；

进一步地，所述步骤（2）具体为：根据频率压缩尺度比                                                定义压缩采样频率，为故障信号的实际采样频率；由压缩采样频率得到数值计算步长为，使得轴承故障信号的每一频率成分（故障信号特征频率为）按频率压缩尺度比线性压缩，从而轴承故障信号的特征频率压缩为，使之满足随机共振已有的绝热近似理论中小频率信号的条件。

进一步地，所述步骤（3）具体为：将变尺度后的轴承故障信号作用到双稳系统，通过分析双稳系统输出的功率谱，捕捉故障信号的特征频率，最好按频率压缩尺度比恢复故障信号特征频率为。

进一步地，所述步骤（4）具体为：外加单一频率周期信号作为控制信号作用于双稳系统，通过调节控制信号的幅值，双稳系统势垒高及Kramers逃逸速率发生改变 ，从而能够人为地产生或增强随机共振，有效地增强双稳系统输出功率谱在输入信号频率处的谱值，实现随机共振的控制，检测出轴承故障特征信号。

本发明的有益效果是，本发明通过连续调节控制信号的幅值，双稳系统势垒高及Kramers逃逸速率发生改变，从而能够人为地产生或增强随机共振，有效地增强了双稳系统输出功率谱在输入信号频率处的谱值，最终可以准确地检测出轴承故障特征信号。轴承故障信号通过随机共振能有效放大故障特征信号，提高故障特征信号的信噪比，准确地获取故障特征信号频率，该方法实现了随机共振的有效控制，为设备故障早期检测提供了一种新的方法。该方法也适用于其它领域涉及强噪声中的微弱信号检测，可拓宽随机共振的应用，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为外加周期信号控制随机共振的频率检测原理框图。

图2为轴承振动信号功率谱图。

图3为含噪声的轴承振动信号功率谱图。

图4为时随机共振功率谱图。

图5为时随机共振功率谱图。

具体实施方式

本发明基于外加周期信号控制随机共振的轴承故障检测方法，具体步骤如下：

1、利用采集系统采集振动加速度信号；

将加速度传感器固定在振动台上，利用采集系统采集轴承的振动加速度信号即轴承故障信号。

2、将轴承故障信号经变尺度方法变换为小频率信号；