[发明专利]基于振动时频图像处理的转子匀转速与变转速判定方法

说明书

本发明公开了一种基于振动时频图像处理的转子匀转速与变转速判定方法，先采集振动信号，并通过低通滤波和降采样的方式对采集的振动信号进行预处理；然后对处理后的振动信号进行时频分析，通过多次同步压缩变换获取到时频域，对时频分布进行边缘检测后通过霍夫变换判定匀转速与变转速。

技术领域

本发明属于旋转机械工作状态监测技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于振动时频图像处理的转子匀转速与变转速判定方法。

背景技术

由于旋转机械运行状态的复杂程度日益提升，其故障发生率也在不断提高。对旋转机械进行状态监测是十分重要的，这让我们能够预防重大事故的发生，从而减少损失与伤亡。判定旋转机械的工作状态处于匀转速还是变转速是监测旋转机械的方法之一，这能让我们初步了解旋转机械是否处于正确的工作运行状态。目前对于旋转机械的工作状态判定方法还比较单一，大多都是通过获取旋转机械转子的转速后再对旋转机械的工况进行判定，而目前绝大多数的转速测量方法均需在曲轴的端部安装同步旋转的带齿或带缺口编码盘，其原理是：当曲轴旋转时，由齿盘或编码盘上的齿或缺口在传感器上触发一系列的脉冲信号，通过计算两个相邻脉冲的时间间隔或者通过计算在某一特定时间内的脉冲来计算转速。但这种转速测量方法存在如下问题：需要编码器/盘等特殊的硬件；硬件安装困难、可移植性差；为了提高角速度的测量精度必须使用很高的采样频率等。综上所述，通过转速判定旋转机械工况的方法过程复杂，并且在许多场合的适用性较差，很难在大型工厂中进行高效的判定。

基于振动信号的工况判定方法由于其简便、稳定、可靠成为了近期学者研究的热点，并且目前旋转机械故障诊断主要针对匀转速的情况，在变转速下这些方法存在较大挑战，因为此时无法采用经典的基于傅立叶变换理论谱去分析旋转机械中所获取的信号。然而变转速的工作状态几乎无处不在，因此从不同复杂转速工况中准确判定旋转机械的工作状态对于旋转机械故障诊断十分重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于振动时频图像处理的转子匀转速与变转速判定方法，不需要额外安装硬件，仅通过旋转机械的振动信号在时频域上判定旋转机械的转速状态。

为实现上述发明目的，本发明基于振动时频图像处理的转子匀转速与变转速判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、采集振动信号并预处理；

(1.1)、采集卡以采样频率f_s采集待测设备的振动信号s(t)＝A(t)e^iθ(t)，其中，t表示采样时间，A(t)表示振动信号的幅度，θ(t)表示振动信号的相位；

(1.2)、计算振动信号s(t)的频率

(1.3)、对振动信号s(t)进行低通滤波处理，去除f＞f_m的高频噪声，f_m表示振动信号的实际最高频率；

(1.4)、对滤波后的振动信号进行降采样，使得其中，表示降采样后的采样频率，得到预处理后的振动信号其中，分别表示预处理后振动信号的幅度和相位；

(2)、对振动信号进行时频分析；

(2.1)、对振动信号进行短时傅里叶变换；

其中，G(t,w)表示短时傅里叶变换表达式，g(·)表示窗函数，w表示频率，u与t均表示时间；

(2.2)、对中的幅度和相位在t时刻进行泰勒展开，令则可得其中，表示相位的一阶导数；

(2.3)、将代入至短时傅里叶变换表达式G(t,w)，得：

(2.4)、对G(t,w)在时间上进行求导，得到：