[发明专利]基于混合概率方法的齿轮箱瞬时角速度的快速评估方法

说明书

本发明提供一种基于混合概率方法的齿轮箱瞬时角速度的快速评估方法，包括：采集声发射信号和振动加速度信号；对信号进行小波阈值去噪；对去噪后的信号进行归一化处理；采用倒谱编辑方法对归一化的信号进行预白化处理；进行Gabor变换得到混合信号的频谱图；将混合频谱图的每一列视为一个瞬时谱，在每个时间步长建立瞬时角速度的概率密度函数；将给定时间间隔内的所有概率密度函数合并为一个；对得到的概率密度函数进行高斯平滑处理；获得角速度随时间变化规律。本发明无需使用测转速仪器，提高了在恶劣工况下的系统稳定性，并节约了成本；脱离了转速变化对转速评估的限制，在转速变化剧烈的情况下，依然能够精确的识别转速。

技术领域

本发明涉及旋转机械信号处理技术领域，特别是涉及一种基于混合概率方法的齿轮箱瞬时角速度的快速评估方法。

背景技术

齿轮箱是一种重要的变速和动力传递部件，被广泛应用与现代工业设备中，对其进行状态监测和故障诊断对企业的安全生产有着重要意义。在齿轮箱的故障诊断中，尤其在变转速运行工况下，转速估计是其不可或缺的组成部分。目前应用最广泛的转速估计方法是通过安装转速仪进行转速测量。但是，对于运行环境比较恶劣的工业现场来说，额外安装转速仪将大大降低系统设备的可靠性。此外，转速仪的安装要对设备进行额外设计，并增加不小的成本开支。

经过技术检索发现，现有的无转速仪转速估计方法都基于齿轮箱箱体振动信号的分析。通过对振动信号进行频域或时频域转换，提取各个时刻的啮合频率，再结合齿轮齿数，从而确定齿轮箱转速。但是，设备现场运行环境一般都比较恶劣，实测齿轮箱箱体振动信号通常包含大量的噪声分量和其他谐波干扰分量，尤其在变转速工况下，提取各个时刻的啮合频率时容易出现频谱模糊现象。此外，现有的方法往往只适用于转速波动范围较小的场合，且有的估计算法较为复杂，无法满足工业现场快速实现转速估计的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种基于混合概率方法的齿轮箱瞬时角速度的快速评估方法，在不使用复杂硬件甚至测速仪的情况下对角度域信号进行重采样。

为此，本发明采用以下技术方案：基于混合概率方法的齿轮箱瞬时角速度的快速评估方法，包括以下步骤：

(1)在齿轮箱箱体上分别放置加速度传感器和声发射传感器，采集齿轮箱箱体的加速度信号和声发射信号；

(2)采用小波阈值法对采集的声发射信号和振动加速度信号进行去噪平滑；

(3)对去噪后的声发射信号和振动加速度信号分别进行归一化处理；

(4)对归一化的声发射信号和振动加速度信号进行预白化处理，提高信号的冲击特性，去除结构的共振；

(5)经过预白化处理后，对声发射信号和振动加速度信号进行Gabor变换，得到混合信号的频谱图；

(6)将混合频谱图的每一列视为一个瞬时谱，同时考虑每个冲击所产生的前10个谐波量，以便在每个时间步长建立瞬时角速度的概率密度函数：

其中，ω设定为概率密度函数的参数，Ω为瞬时角速度，H_i(i∈[1...n])是冲击事件顺序，A(H_iω)是经过预白化处理后信号的瞬时频谱，ζ_i是归一化因子，Ω_min和Ω_max是先验瞬时角速度规律的最小和最大值；

(7)引入连续性条件，将给定时间间隔内的所有概率密度函数合并为一个：

(8)对得到的概率密度函数进行平滑处理；

(9)在每个时间步长中提取概率密度函数的期望值，以获得最终的角速度随时间变化规律。

进一步地，齿轮箱运行过程中会导致强烈振动冲击响应的事件顺序是已知的。