基于STFT的振动信号解调方法及其在轴承故障检测中的应用6.pdfVIP

振 　动 　与 　冲 　击 第 27 卷第 2 期 JOURNAL OF V IBRA TION AND SHOCK Vol. 27 No. 2 2008　 基于 STFT 的振动信号解调方法及其在轴承故障检测中的应用 1 1 2 3 胡晓依 , 　何庆复 , 　王华胜 , 　刘金朝 ( 1. 北京交通大学 机械与电子控制工程学院 ,北京 　100044; 2. 铁道科学研究院机车车辆研究所 ,北京 　100081; 3. 铁道科学研究院研发中心 ,北京 　100081) 　　摘 　要 : 从信号滤波角度 ,对基于 STFT的振动信号解调方法的原理和影响其解调性能的各种因素进行了严格的 理论分析 ,指出该解调方法实质是基于复解析带通滤波的 H ilbert变换解调法 。严格证明了在利用 H ilbert变换进行包络 解调分析时 ,只要带通滤波器通带范围包括调制信号的部分频率成分 ,就可解调出被调制信号的周期成分 。为了避免对 所有的解调信号序列进行包络谱分析 ,提出按峭度值最大化准则选择一组含有丰富故障信息的解调信号序列进行包络幅 值谱分析 。基于以上讨论 ,给出了实用的基于 STFT 的振动信号解调算法 。为了验证提出的解调算法的有效性 ,用该算 法对仿真和实际轴承故障信号进行了解调分析 ,分析结果表明 ,利用该算法能有效地检测轴承故障 。 关键词 : STFT;振动信号 ;解调 ;频谱 中图分类号 : TH 133. 33　　　文献标识码 : A 　　在机械故障诊断领域 ,解调分析是诊断轴承 、齿轮 号的周期成分这一论点给出严格的数学证明;针对用 早期故障十分有效的手段 。经典的调制信号软件解调 SFTT解调出的多组信号序列中只有部分组信号序列含 方法有带通检波解调法和带通 H ilbert变换解调法 [ 1 ] 。 有故障信息 ,为了减少包络谱分析的计算量 ,提出按峭度 ( ) 在经典解调方法的基础上 ,又发展演变出一些新的解 Kv 最大化准则选择一组含有丰富故障信息的解调信 调方法 :基于 Morlet连续小波变换的解调方法 [ 2 , 3 ] 、基 号序列进行幅值谱分析提取故障特征 。 于离散小波及小波包变换的解调方法 [ 4 , 5 ] 、基于二阶循 [ 6, 7 ] 1　基于 STFT 的振动信号解调方法 环平稳信号分析的解调方法 、基于复解析带通滤波 的 H ilbert变换解调法 [ 8 ] 、基于 HH T的解调方法 [ 9 ] 和基 11　STFT用于信号解调的理论分析 [ 10 ] ( ) 于谐波小波变换解调方法 等 。在这些新方法中 ,从 　　短时傅里叶变换 STFT ,一般用于信号时频分析 , 解调性能和计算速度两方面综合考虑 ,与经典方法相