[发明专利]一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法

说明书

本发明公开一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法，应用于机械设备故障监测技术领域，针对转频在强调频的复杂工况下，进行转频特征提取困难的问题，本发明提出了将加速度传感器吸附式安装于轴承座上，通过1394信号线将加速度传感器与NI多通道信号采集装置相连，获得用于转频特征提取的原始数据；经过短时傅里叶变换、二阶泰勒展开以及同步提取算子等处理过程得到更精细的时频谱，最后经过提取的时频脊线获得转频的特征信息；采用本发明的方法所提取的特征精确度极高，并且适用于转速变化的各种复杂工况。

技术领域

本发明属于机械设备故障监测技术领域，特别涉及一种旋转机械转速的监测技术。

背景技术

旋转机械设备系统常常工作在转速以及载荷变化大的工作条件下，其机组运行状态比 较复杂，尤其是受到载荷等外界激励因素的情况下，其机组运行电机的转速表现出强调频 的转速变化特征。此时，在对其机组核心零部件比如齿轮箱轴承、齿轮箱中的直齿轮以及 行星齿轮系统进行故障诊断和状态监测时，就不得不面临一个精确提取转速特征信息的问 题。鉴于以往的一些时频分析方法在这种工况环境下，其对提取转速特征信息的提取就显 得无能为力。同时设备的转速信息是衡量其机械性能测试中的一个关键性的参数指标，因 为很多的机械特征参数是根据与转速相关的函数关系来确定的，例如风力发电机组的发电 量、输出功率等等，很显然，在工业生产以及科学研究当中，转速特征信息是影响产品质 量和机械振动测试中的关键因素之一，是旋转机械中的一个重要的参数之一，对于转速特 征信息的监测已经成为机械设备监控的重要研究课题。

发明内容

为了解决旋转机械设备在外界干扰条件下出现强调频转频，现有技术难以提取转速特 征信息的问题；本发明提出一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法，来对 转频在强调频的复杂工况下，进行转频特征提取。

本发明采用的技术方案为：一种基于二阶同步提取变换的强转速波动特征提取方法， 包括：对轴承座的振动信号进行采集、以及对采集IDE振动信号进行分析处理。

所述对轴承座的振动信号进行采集，具体为：将加速度传感器安装于轴承座上，将轴 承座的振动信号转换为加速度信号；通过1394信号线将加速度传感器与NI多通道信号采 集装置相连，对加速度信号进行采集从而获得用于转频特征提取的原始数据。

优选的，本发明中的加速度传感器通过吸附式安装于轴承座上。

所述对采集IDE振动信号进行分析处理，具体为：

步骤1、通过短时傅里叶变换的算法来计算轴承座采集的加速度信号的短时傅里叶变 换的频谱；假设采集的振动信号是x(t)＝Ae^i2πφ(t)，其中计算其短时傅 里叶变换

其中，是短时傅里叶变换的幅值，是短时傅里叶变换的相位，g(·)是 窗函数。

步骤2、对短时傅里叶变换的相位函数进行二阶泰勒展开，估计其局部瞬时频率；计 算短时傅里叶变换得到：

将转换为

其中，为窗函数的傅里叶变换。

计算群延迟时间点

其局部瞬时频率即相位函数对时间的导数，可用二阶泰勒展开公式来估计：

代表角频率，指的是频率调节因子。

其中，

步骤3、根据步骤2估计的局部瞬时频率，采用同步提取算子计算得到新的时频谱；

步骤4、获取到新的时频谱并对时频谱进行脊线追踪，提取时频脊线；

步骤5、根据提取的时频脊线，得到转频的特征信息。