[发明专利]一种旋转机械多通道振动信号的时频特征提取方法及装置

说明书

本发明涉及一种旋转机械多通道振动信号的时频特征提取方法及装置，属于旋转机械设备故障诊断技术领域，通过多元解析信号模型构建振动信号的联合瞬时频率，利用多元解析信号模型和联合瞬时频率构建振动信号的联合瞬时带宽，对联合瞬时带宽进行频率划分，对每个频带的各振动信号进行同步挤压变换，得到相应振动信号的同步挤压系数，利用各振动信号的同步挤压系数在各个频带的瞬时频率和瞬时幅值，确定多元解析信号模型的瞬时频率和瞬时幅值，从而得到振动信号的时频特征。本发明提高了旋转机械的振动信号的时频分辨率，可以分析频率相近的信号，且通过振动信号的时频特征能够获取具有较高聚集性的时频曲线，噪声也被较好地抑制。

技术领域

本发明属于旋转机械设备故障诊断技术领域，具体涉及一种旋转机械多通道振动信号的时频特征提取方法及装置。

背景技术

在旋转机械设备故障诊断技术领域，因旋转机械故障的位置不同、刚度和阻尼变化等原因，旋转机械发生故障时的振动信号往往表现出非平稳性，而且不同方向的振动信号强度和频谱结构可能存在差异，通过分析单通道传感器采集的振动信号做出的诊断结果往往会出现误判或漏判。

因此，基于多通道的振动信号特征的旋转机械故障诊断方法被广泛应用，常用的多通道振动信号特征分析方法有全息谱、全矢谱和全频谱。在旋转机械稳态运行时，旋转机械同一截面互相垂直方向上各谐波的运动轨迹是一个椭圆，且该椭圆由两个正反进动的圆组成。全息谱和全矢谱是用椭圆的长轴评价振动强度，全息谱以图的形式将各谐波的椭圆轨迹展现出来，而全矢谱以傅立叶谱的形式将椭圆长轴、短轴表现出来；全频谱将两个正反进动的圆的半径在正、负频率轴上展现出来。上述方法描述了不同方向的振动信号的频谱结构和振动强度，提高了提取的故障特征的质量，增加了故障诊断结果的准确性。但这些方法最终通过傅立叶变换融合两个方向的振动信号的幅值特征，无法描述非平稳信号的局部特征；而且要求旋转机械稳态运行，不能分析时变的振动信号。从总体上看，这些方法融合了两个正交通道平稳信号不同频率的幅值信息，相当于从全局上进行幅值信息融合，而无法提供局部的时频特征。

为分析非平稳的双通道信号，全矢谱、短时傅立叶变换、Wigner-Ville分布、小波变换等相联合的时频分析方法被提出，可表述双通道信号的局部时频特征，但短时傅立叶变换的窗口函数选定之后，时频窗口的形状便保持不变，获取的时频曲线的频率分辨率较低；Wigner-Ville分布在分析多分量信号时容易产生无法解释的难以抑制的所谓“交叉项干扰”，从而限制了它的应用；小波变换受海森伯格测不准原理制约，不能同时获取最优的时频分辨率，而且还存在小波基函数选取等问题。

同步压缩小波变换是一种新的时频重排算法，能有效地将小波变换后的时频图进行重组，获得较高频率精度的时频曲线，可将任意信号分解为若干个近似谐波的线性叠加，可对压缩后的信号重组；对小波母函数不敏感，克服了小波变换对小波基选取的困难，但这种方法对于复杂的多分量非平稳信号，信号成分分量不仅可以随时随地变化，而且它们的瞬时频率曲线也可能彼此非常接近，甚至在频域中重叠，从而不能被小波变换分离，甚至导致模糊。

综上，现有技术中的时频特征提取方法的时频分辨率较低，无法准确表征多通道(至少两通道)振动信号的时频特征。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转机械多通道振动信号的时频特征提取方法及装置，用于解决现有技术中的时频特征提取方法的时频分辨率较低，无法准确表征多通道振动信号的时频特征问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种旋转机械多通道振动信号的时频特征提取方法，包括以下步骤：

1)获取旋转机械不同位置的振动信号，根据振动信号的幅值和相位构建多元解析信号模型；

2)利用多元解析信号模型构建振动信号的联合瞬时频率，利用多元解析信号模型和联合瞬时频率构建振动信号的联合瞬时带宽；