[发明专利]一种基于声振信号融合的滚动轴承故障检测方法

说明书

本发明提供一种基于声振信号融合的滚动轴承故障检测方法。首先提取待测滚动轴承的振动信号和声信号，然后建立声信号的滑动矩形窗函数，其次从待检测振动信号的第一个信号点开始，通过移动矩形窗建立每次移动后的融合信号，并求解融合信号的均方根值、均柔值得到均滑值，找到最优融合信号，最后通过判断最优融合信号所在的近似故障特征频率的取值范围，诊断出待测轴承的故障；本发明解决了振动传感器布置受到限制，以及故障特征频率处幅值较低等问题；同时也解决了声信号受到背景噪声影响导致信噪比较低等问题，可以准确识别出滚动轴承的微弱故障，提高了诊断的准确性和诊断效率，在滚动轴承状态监测中取得了良好的效果。

技术领域

本发明涉及轴承故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于声振信号融合的滚动轴承故障检测方法。

背景技术

滚动轴承是旋转机械中应用最广泛的部件之一，被广泛应用于机械加工、冶金、化工及航空等重要领域。由于滚动轴承经常处于高温、高速和重载的工作环境中，导致滚动轴承很容易损坏，一旦其发生故障且并未被及时检测出，将会导致机器故障和意外停机，造成巨大的经济损失，甚至威胁到工人的人身安全。因此，在旋转机械中，滚动轴承的故障诊断发挥着至关重要的作用。

滚动轴承的振动信号包含大量的信息，并且极易获取，在过去的几十年中被广泛的应用于滚动轴承的故障诊断中。但是振动信号是通过接触式测量获取的，振动传感器的布置受到环境的限制，不适合安装在高温、高湿和高腐蚀的工作环境中，而且故障频率处振幅较低，不易检测到微弱的故障，而声信号是通过非接触测量获得的，可改善振动信号接触式测量的局限性，目前在故障诊断中已经成为一种新的研究方法。但是在采集声信号的过程中，故障特征信息容易受到背景噪声的影响，导致信噪比较低，诊断精度不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于声振信号融合的滚动轴承故障检测方法，包括以下步骤：

步骤1：采集待测滚动轴承的振动信号V'和声信号S'，并分别存储在计算机上；采集振动信号V'的传感器Q₁安装在待测滚动轴承的轴承座上，采集声信号S'的传感器Q₂安装在距轴承端面距离值为d的平面上，且满足传感器Q₂的中心点位于轴承的轴线上；

步骤2：从振动信号V'中提取一段包含N_v个连续信号点的振动信号作为待检测振动信号V，即V＝{V[u]|u＝1,2,…,N_v}；从声信号S'中提取一段包含N_s个连续信号点的声信号作为待检测声信号S，即S＝{S[v]|v＝1,2,…,N_s}，其中N_v表示待检测振动信号V的总信号点数，N_s表示待检测声信号S的总信号点数；

步骤3：针对待检测声信号S建立滑动矩形窗函数，并设置矩形窗的宽和移动步长，其中矩形窗的宽取值为待测滚动轴承转动频率的正整数倍，定义所述矩形窗包含声信号的信号点数为N_O；

步骤4：从待检测振动信号V的第一个信号点V[1]开始，通过移动矩形窗建立待检测振动信号V与待检测声信号S的融合信号；

步骤5：利用公式(1)计算融合信号F_j的均方根值RMS(F_j)，

式中，F_j表示声信号S_j与振动信号V_j的融合信号，F_j[i]表示融合信号F_j上的第i个信号点，N_O表示矩形窗包含的信号点数；

步骤6：利用公式(2)～公式(3)计算融合信号F_j和声信号S_j之间的均柔值SM(F_j,S_j)，