第3章 故障信号处理与分析.ppt

?机械故障信号处理与分析 3.1 信号的类型及特征 3.2 信号的幅值域分析 3.2.1 概率密度函数和概率分布函数 3.2.2 平均值和方差 信号的均值描述了信号随时间的平均变化情况，代表信号的静态部分或直流分量。其数学表达式为 3.2.3 均方值和有效值(均方根值) 均方值定义为 3.2.4 偏态指标和峭度指标 3.2.4 偏态指标和峭度指标 3.2.5 无量纲指标 为监测、诊断机械设备的运行状态还广泛采用了各式各样的无量纲指标 对这些无量纲指标的基本要求是： 对机器的运行状态足够敏感，当机器运行状态的变化引起所测参数发生变化时，这些无量纲指标应有明显的变化； 与机器的运行状态之间有稳定的对应关系，只有当机器运行状态发生变化引起所测参数发生变化时，这些无量纲指标才有明显的变化，或者说这些无量纲指标应对机器运行状态之外的其他因素，如载荷大小不敏感。常用的无量纲指标有： (1) 波形因数 3.3信号的时差域分析 时差域分析用于描述信号在不同时刻的相互依赖关系，是提取信号中周期成分的用手段，用自相关函数、互相关函数表示。 3.3.1 自相关函数 图3-8 自相关函数的定义  3.3.2 互相关函数 　互相关函数用于描述两个不同信号不同时刻的 　相互关系，如图4-11所示，两个随机信号　　 　和　　的互相关函数定义为： 3.3.3 脉冲响应 设有一个线性系统，在 时刻有一单位脉冲输入 ，系统对应的输出为 ，则 称为系统对单位脉冲的响应函数，它仅取决于系统自身的特性。响应的时域曲线为衰减曲线，如图3-14所示。 3.4 信号的频率域分析 频域分析 指把时间为横坐标的时域信号通过傅里叶变换分解为以频率为横坐标的频域信号，从而求得原时域信号频率成分的幅值和相位信息的一种分析方法。 通过对信号的各频率成分的分析，对照机器部件运行时的特征频率，可以查找故障源，确定哪些零部件出现了故障，以便有针对性地采取措施。频域分析已成为机械设备故障诊断的主要内容。 3.4.1 幅值谱分析 幅值谱分析是通过傅里叶(Fourier)变换进行的，以下首先介绍傅里叶级数和傅里叶变换。 3.4.1.1傅里叶级数 　若某以T 为周期的函数满足狄利克雷(Dirichlet)条件，即可展开成傅里 　叶级数， 　级数的三角形式为： 互相关分析在工程中有如下方面的应用： ⑴ 可从噪声中捡拾与回收有用信号； ⑵ 可用于测定机械系统的操纵灵敏性：对该系统的 输入(激励)和输出(响应)作互相关分析，则互相关函 数的第一个峰值所对应的时延即是响应滞后于激励的 时间。显然， 越小，系统的灵敏度就越高； ⑶ 可用于遥测物体的运动速度：在两固定点测定该 物体通过时的信号，并对这两个信号作互相关分析， 测得第一个峰值所对应的，则该物体的运动速度即为： ⑷ 可用于确定信号的传递通道，寻找振源或机器故障 的发生部位。 相关分析 图3-13 测定管道裂缝位置 系统 a) 单位脉冲的响应 b) 时延脉冲的响应 图3-14 线性系统的脉冲响应 现在考虑对于任意输入信号 的响应。 任意信号 可以看成是一系列连续的脉冲 所组成，在时刻 时，脉冲的赋值为 ， 在该时刻系统对单位脉冲的响应为 ， 故 的响应为 。 系统对 的响应可表示为： (3-17) 上式定义为 和 的卷积，记为： (3-18) 即系统对任意信号 的响应 等于 与系 统对单位脉冲响应函数 的卷积。 式(3-18)建立了系统特性与输入、输出之间的 关系。 3.4.2 功率谱分析 功率谱是在频域中对信号能量或功率分布情况的 描述，包括自功率谱和互功率扑，其中自功率谱 与幅值谱所能提供的信息量相同，在秒年个吨度 年个条件下，自功率谱比幅值谱更为清晰，因此 实用中多采用功率谱分析技术． (3-19) * * 3.1 信号的类型及特征 3.2 信号的幅值域分析 3.3 信号的时差域分析 3.4 信号的频率域分析 机械设备在运行过程中，由于制造和安 装误差、零件的磨损、外加负荷的作用等各种因素的影响，不可避免地要产生振动。通过对振动信号的 的分析可以获得机器运行状态的大量信息。 振幅 频率 功率 由于各个系统的结构、参数、工作状况不同，系 统在工作中所受的激励也各不相同，因此系统产 生的信号也各不相同。信号可从多个角度对其进 行分类，不同的分类标准反映了信号的不同侧面， 根据信号随时间变化的规律，可把信号按图3-1进 行分类。