[发明专利]基于谐噪比的包络解调频带确定方法

说明书

基于谐噪比的包络解调频带确定方法，先将振动加速度传感器吸附于对被测试滚动轴承的轴承座上或将声级计安装于靠近轴承座上方的位置，对信号进行采集，通过构建树状滤波器组，对原始信号进行带通滤波，然后通过希尔伯特变换得到信号的包络，再利用对数频谱估计包络信号谐噪比将其大小作为频带故障特征是否显著的指标，最后将谐噪比最大的频带作为最优包络解调频带进行包络谱分析，确定故障的发生和类型，本发明充分利用了故障引起冲击的周期性，将包络的谐噪比作为衡量故障的指标，克服了传统峭度指标的缺点，方法具有鲁棒性，可以自适应地提取最优滤波频带，有利于实现滚动轴承故障特征自适应提取和诊断监测的自动化。

技术领域

本发明涉及滚动轴承故障诊断技术领域，特别涉及基于谐噪比的包络解调频带确定方法。

背景技术

滚动轴承是一种应用最广泛的通用机械部件，它的健康状况直接影响整机设备的运行质量，对滚动轴承进行健康监测和故障诊断具有重要意义。包络解调分析是一种有效提取滚动轴承引起的周期性冲击的方法，通过对轴承振动或辐射噪声进行带通滤波、希尔伯特包络解调，根据包络谱中轴承的故障特征频率即可判断轴承是否发生故障以及故障类型。

带通滤波器的频带选择是整个包络解调方法的关键。传统的谱峭度方法将滤波后信号的峭度值大小来衡量滤波结果的好坏，将峭度值最大的频带作为最优滤波频带，这种方法对大的干扰周期冲击敏感，且在故障冲击较为密集的情况下容易失效。在实际应用中，谱峭度确定的频带有可能只包含少数大的外界干扰冲击而不是故障引起的周期性冲击，从而使包络解调方法失效。谱峭度方法只关注故障引起的冲击能量大小和分布的稀疏性而忽略了冲击的周期性，而冲击包络的周期性才是轴承故障的真实表征。

专利申请号为201410140890.6的专利为解决高峰值脉冲干扰带来的包络解调频带选取不准确的问题,提出以子频带谱峭度平均的方法来优化滤波频带的选取，但其方法也没有克服峭度值会随着冲击密集程度增加反而会下降的缺点。

专利申请号为201410577135.4的专利在谱峭度的基础上通过设置带通滤波后信号包络的周期性阈值，将低于阈值的频带的峭度值置零从而抑制非周期冲击的干扰，但该方法最后还是采用的峭度值作为诊断指标，也没有克服峭度值会随着冲击密集程度增加反而会下降的缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于谐噪比的包络解调频带确定方法，将滤波后包络的谐波噪声比(the harmonic-to-noise ratio)作为衡量带通滤波结果的好坏的标准，实现轴承故障特征更为有效的提取。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于谐噪比的包络解调频带确定方法，包括以下步骤：

步骤一，将振动加速度传感器吸附于对被测试滚动轴承的轴承座上或将声级计安装于靠近轴承座上方的位置，对信号进行高频采样和抗混叠处理，将信号记为x(t)；

步骤二，构建树状滤波器组，对信号x(t)进行带通滤波得到一系列的滤波信号Xi,j(t)，Xi,j(t)由滤波器组中对应的第i行第j列的有限脉冲响应(finite impulse response,FIR)带通滤波器滤波得到；

步骤三，通过希尔伯特(Hilbert)变换得到信号Xi,j(t)的包络并作去均值处理得到ei,j(t)；

步骤四，计算包络信号ei,j(t)的谐噪比，记为HNRi,j，通过对数频谱(spectrum ona logarithmic scale)计算得到；