[发明专利]一种基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法

说明书

本发明公开了一种基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法，从布朗粒子运动所遵循的带有惯性项及可变阻尼项的Langevin方程出发，以能量的传递和转换为核心，引入功这一过程量细致地刻画带阻尼状态下双尺度双稳系统随机共振的动态过程。该基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法，随着阻尼系数变化，周期力对系统作的功随噪声强度的变化曲线呈双峰形态，存在噪声诱导的双重随机共振现象，并存在一个最佳阻尼使周期力做功的值最大，同时存在阻尼诱导的双重随机共振，更小的阻尼诱导的共振效应更强，将实测轴承早期故障信号预处理后作为双尺度双稳系统的输入，利用双峰检测特性检测出微弱的轴承早期故障信号。

技术领域

本发明涉及轴承早期故障检测技术领域，具体为一种基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法。

背景技术

在现代工业生产领域，滚动轴承被广泛应用在各类机械设备中，一旦轴承发生故障，极易造成财产损失和人身伤害，所以在轴承发生轻微故障时及时检测到故障信号是非常必要的。经典双稳态系统应用广泛，但是在检测实际的轴承早期故障信号时，由于信号极其微弱，淹没在强背景噪声中，故障特征不明显，要使系统产生随机共振，需要降低双稳态系统的势垒高度ΔV，但这样会导致质点的跃迁幅度减弱，使输出信号的幅值降低，所以信号越微弱检测的效果也就越差。因此在轴承早期故障的检测中，需要一种能增强随机共振效应、更加有效检测出轴承早期故障信号的检测方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法，从布朗粒子运动所遵循的带有惯性项及可变阻尼项的Langevin方程出发，以能量的传递和转换为核心，引入功这一过程量细致地刻画带阻尼状态下双尺度双稳系统随机共振的动态过程，建立了双尺度系统在周期力和随机力协同作用下输出响应的近似解析表达式。k作为双尺度双稳系统八次势函数的尺度参数，决定了势函数的势垒高度和势阱宽度。势垒高度和势阱宽度随着k的增加而增加，并且垒高对k更加敏感。势函数左右两侧的势垒高度始终小于中间势垒高度，势函数曲线表现为两个小尺度的双稳子系统分别嵌入一个大尺度的双稳系统，从而构成双尺度双稳系统。

进一步的，所述故障检测方法k作为双尺度双稳系统的八次势函数的尺度参数，决定了势函数的势垒高度和势阱宽度。势垒高度和势阱宽度随着k的增加而增加，并且垒高对k更加敏感。势函数左右两侧的势垒高度始终小于中间势垒高度，势函数曲线表现为两个小尺度的双稳子系统分别嵌入一个大尺度的双稳系统，从而构成双尺度双稳系统。

进一步的，所述故障检测方法将带阻尼双尺度双稳系统在周期力和随机力协同作用下输出响应的近似表达式作为动力学方程，用高斯白噪声模拟随机力，采用四阶Runge-Kutta法，用Matlab进行数值仿真分析阻尼系数γ以及噪声强度D对随机共振效应的影响，噪声及阻尼诱导的双重随机共振现象，进而研究最佳阻尼的双尺度双稳系统在微弱信号检测中的应用。

进一步的，所述故障检测方法利用带阻尼双尺度双稳系统对轴承早期故障信号进行检测，以内圈故障为例，用二次采样对故障信号进行预处理，采样压缩比R＝200000，将处理后的信号输入双尺度双稳系统进行随机共振，最后再进行尺度还原。通过调节阻尼系数γ，寻找一个最佳阻尼使共振效应最强，并在大小不同的阻尼系数下使双尺度系统与轴承早期故障信号达成两次大小不同尺度的匹配，产生不同尺度的共振，两次共振都可以检测出待测信号的特征频率，彼此相互印证，减小了误检率，可靠地检测出轴承早期故障信号的特征频率。

本发明提供了一种基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法，具备以下有益效果：将双稳态系统改为带阻尼双尺度双稳系统，设计了一种基于最佳阻尼双尺度系统的轴承早期故障检测方法，并进行了数值仿真，主要通过调节阻尼系数γ与噪声强度D使得带阻尼双尺度双稳系统产生随机共振，利用双尺度双稳系统的双重共振效应，获得比传统的双稳态系统更好的随机共振性能，有效检测出淹没强背景噪声下的微弱信号。