[发明专利]一种改进的无键相故障特征阶次提取方法

说明书

本发明公开了一种改进的无键相故障特征阶次提取方法，包括以下步骤：1)通过振动加速度传感器获得设备的状态信息，利用时频分析方法对所获得的状态信息预处理得到瞬时频率；2)对估计出的瞬时频率进行常规的积分运算，得到粗略估计的瞬时相位，再运用Romberg积分法则对粗略估计的瞬时相位进行修正，最终得到精确估计的瞬时相位；3)根据时间域与角度域的映射关系，利用精确估计的瞬时相位信息，对原始信号进行角度域重采样；4)采用柔性角度域同步平均方法对角度域重采样信号进行降噪处理，然后对降噪后的角度域重采样信号进行阶次谱分析，从而提取出设备的故障特征阶次，该方法能够在无键相变转速工况下准确提取出设备的故障特征阶次。

技术领域

本发明属于机械振动信号和变转速工况机械设备故障特征提取领域，涉及一种改进的无键相故障特征阶次提取方法。

背景技术

机械故障诊断通常是建立在机械平稳运行的假设上，而实际上众多机械设备皆存在转速变化的工况。变转速工况的运行特点，造成传统诊断方法的故障特征出现模糊、动态变化甚至湮没等现象，同时由于噪声的持续存在，使信噪比降低，增加了故障特征的提取难度。现有的平稳工况诊断方法往往依赖于调频信息的获取，在无调频信息可用的情况下，已有基于机械平稳运行的诊断方法难以奏效。

阶次跟踪是解决变转速工况下机械设备故障特征提取的有效方法。通常，传统的阶次跟踪方法需要额外的转速计提供转速信息，进而计算出瞬时相位，为角度域重采样提供指导信息。这种额外添加测速硬件的方法不仅增加了花费，同时也给安装带来了不便。因此，在无转速计的变转速工况下，提取设备的故障特征是个难点。无键相阶次跟踪技术能够在无转速计的情况下，对变转速工况下的机械设备故障特征进行提取，很好地解决了以上难题。

然而，在工程实际中，目前一些常用的无键相阶次跟踪方法主要是通过一些方法首先获得设备的瞬时频率，再由瞬时频率积分，从而计算出瞬时相位信息，最后指导原始信号进行阶次跟踪。使用该种方法进行无键相阶次跟踪存在以下两个方面的困难：1)直接对获得的瞬时频率进行积分操作，会导致瞬时相位信息出现偏差，从而难以准确地指导原始信号的重采样；2)原始信号中存在噪声干扰，信号在角度域进行重采样时，噪声干扰也会进入角度域，常用的无键相阶次技术，在消除噪声干扰方面缺乏研究，因此提取的设备故障特征阶次不准确。

因此，如何修正由瞬时频率积分得到的瞬时相位信息和对角度域重采样信号进行有效的降噪处理是本发明所要解决的核心问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种改进的无键相故障特征阶次提取方法，该方法能够在无键相变转速工况下准确提取出设备的故障特征阶次。

为达到上述目的，本发明所述的改进的无键相故障特征阶次提取方法包括以下步骤：

1)通过传感器采集设备的振动信号，采用时频变换方法处理采集到的振动信号，再通过峰值搜索算法估计出谐波的瞬时频率，然后对任一阶次的瞬时频率进行积分运算，得到粗略估计的瞬时相位，最后运用Romberg积分法则对粗略估计的瞬时相位进行修正，得到最终精确估计的瞬时相位信息；

2)根据时间域与角度域的映射关系，利用步骤1)得到的最终精确估计的瞬时相位信息，以恒定的角度增量Δθ，对时间域的振动信号进行角度域重采样，然后利用柔性角度域同步平均方法对角度域重采样信号进行降噪处理，最后对降噪后的角度域重采样信号进行阶次谱分析，提取出设备的故障特征阶次，完成变转速工况下的无键相故障特征阶次提取。

步骤1)中对估计出的任一阶次谐波的瞬时频率进行积分运算，得到粗略估计的瞬时相位，然后运用Romberg积分法则对粗略估计的瞬时相位进行修正，得到最终精确估计的瞬时相位信息的具体操作为：

1a)对估计的任一阶次谐波的瞬时频率f(t)进行积分运算，得到粗略估计的瞬时相位θ(t)：