[发明专利]基于欠采样信号的轴承故障诊断方法及无线网络节点装置

说明书

本发明公开了一种基于欠采样信号的轴承故障诊断方法及无线网络节点装置，包括：(1)加速度计安装在待测试轴承座上，将可编程滤波器配置为抗混叠低通滤波器；(2)对第一帧振动信号进行过采样，将信号通过无线模块发送至电脑，利用谱峭度方法确定振动信号的中心频率和带宽；(3)根据中心频率和带宽，将可编程滤波器配置为带通滤波器，计算容许欠采样频率，并选择最低欠采样频率；(4)从第二帧开始，对振动信号进行欠采样，将欠采样信号发送至电脑，对振动信号进行包络解调分析轴承故障。本发明具有的优点为显著减小了振动信号的采样频率和数据长度，进而降低了无线网络节点的内存占用、功耗和数据传输时间，提高了轴承故障诊断效率。

技术领域

本发明涉及轴承故障诊断技术领域，具体涉及一种基于欠采样信号的轴承故障诊断方法及无线网络节点装置。

背景技术

随着无线物联网技术的不断发展，越来越多的关键设备利用无线技术将传感器采集的数据传输到信息处理中心。由于无线传感技术不需要布设电缆，因而简化了传感器的安装和更换，同时也便于布置更多的传感器来获得机器设备的多种状态信息。

采用机器学习、人工智能、大数据等现代数据挖掘和分析手段，多个传感器采集的海量数据能够提高设备状态监测和故障诊断的精度。从另一方面，海量的数据占据更大的存储空间和消耗更多的计算资源，同时也增加了信号采集和传输的功耗。特别对于一些布置在偏远地方的传感器，其电池容量有限且更换不便，因此需要优化传感器和整个无线传感网络，以降低功耗来延长工作时间。

针对此问题，数据的压缩存储和传输具有十分重要的理论和实际意义。在相等时间内，采集数据的长度和采样频率成正比。奈奎斯特采样定理表明，采样频率必须大于信号最高频率的两倍，即采用过采样技术，才能保证采集的信号能够被完全恢复。采样频率低于奈奎斯特定理要求的采样过程称为欠采样，欠采样将使得高频频率分量出现在低频区域，造成频率混叠。

轴承是机械设备里的关键部件，当轴承发生故障时，故障产生的冲击会引起机器共振，即冲击信号会被机械共振频率调制，因此轴承故障信号是典型的带通信号。传统的轴承信号采集系统中，都是把采样频率设置为轴承信号最高频率的两倍以上实现过采样，因而轴承的长时间监测数据往往数据量巨大，数据存储、传输和计算分析的成本也很高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于欠采样信号的轴承故障诊断方法及无线网络节点装置。

本发明采用的技术方案为：一种基于欠采样信号的轴承故障诊断方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)、加速度计安装在待测试轴承座上，将可编程滤波器配置为抗混叠低通滤波器；

步骤(2)、对第一帧振动信号进行过采样，将信号通过无线发射模块和无线接收模块发送至电脑，利用谱峭度方法确定振动信号的中心频率和带宽；

步骤(3)、根据振动信号的中心频率和带宽，将可编程滤波器配置为带通滤波器，计算容许的欠采样频率，并选择最低的欠采样频率；

步骤(4)、从第二帧开始，对振动信号进行欠采样，将欠采样信号发送至电脑，对振动信号进行包络解调分析轴承故障。

另外，为了实现上述欠采样信号的轴承故障诊断方法，本发明提供一种基于欠采样信号的轴承故障诊断无线网络节点装置，该装置包含两个模块；第一个模块是布置于工业现场的无线网络节点，包括加速度计，可编程滤波器，运算放大器，模数转换器，微控制器，无线发射模块；第二个模块为数据收集与处理中心模块，包括无线接收模块，接口适配器，电脑；

其中加速度计安装在待检测轴承座上，其输出与可编程滤波器的输入相连；可编程滤波器的输出和运算放大器的输入相连；模数转换器将运算放大器的模拟输出信号转化为数字信号并传输到微控制器；微控制器将信号转发到无线发射模块；无线接收模块接收来自无线网络节点采集发送的信号，通过接口适配器进行协议转换，最后将信号输出到电脑进行分析。