信号特征提取—信号汇总.ppt

频谱的图像说明1 　　图4—13是幅频谱示意图，它 表现了幅频谱图最基本的图形要素。 它的横坐标是频率，纵坐标是振幅。 纵横坐标都必需标明物理单位， 横 坐标的单位通常是频率Hz，也有用 圆频率ω，有的转子故障监测系统 用阶比——各频率与基频之比。 　　纵坐标的单位有：电压mV、加 速度、速度、位移，电压是测量系 统最直接的参数，后面的单位意味 着需要将测量系统提供的测量值，经过测量系统灵敏度转换后所标识的振动物理量。 　　频谱图中还需要一个游标读数构件。他们由十字游标、游标操作器、读数显示 器所组成。 　　有的机械故障诊断系统还有一个特征频率对应表(如武汉立德公司的产品)，表 中列举了机械设备的所有特征频率、谱图中自动识别的对应频率、对应的机械部件 名称以及该频率在频谱图中的幅值。极大地方便使用者识别存在故障的特征频率所 对应的零件。 X=312.4 Hz Y=6.78 mV Hz 100 200 300 400 mV 图4—13 幅值—频谱图示意 频谱的图像说明2 　　频谱图中各频率成份的幅值描述，存在着两派意见。实用派认为，经过 FFT变换后的谱线本身就是离散的，我们只关心那些对机械振动影响较大的谱 线，所以谱线应按原始面貌，以离散的方式描绘（如图4—13）。学院派认为所 分析的信号从广义的角度看，都是周期信号与非周期信号的混合物，其频率成 份是连续的，所以谱线应按包络线的形式绘制。由于这两种意见的存在，导致 谱线图存在两种样式。不管哪种，对机械故障分析来说，都是一样的功效。因 为从谱线的读取来看，不管那种画法，都是离散的，没有本质的不同。 　　在实际使用中，频谱图有三种：线性幅值谱（如图4—13）、对数幅值谱、 自功率谱。线性幅值谱的纵坐标有明确的物理量纲，是最常用的。 　　在观察频谱图，作故障诊断分析时，应注意以下要点： 首先注意那些幅值比过去有显著变化的谱线，它的频率对应那一个部件的特征频率。 观察那些幅值较大的谱线，它们是机械设备振动的主要因素，这些谱线的频率所对应的运动零部件。 注意与转频有固定比值关系的谱线，它们是与机械运动状态有关的状态信息。它们之中是否存在与过去相比发生了变化的谱线。 4．3．3 时间历程的频谱图像表示——三维瀑布 　　三维瀑布图是由多个频谱 图按时间历程组合成的分析图 像。垂直坐标是振幅，横坐标 是频率，纵坐标是时间，各时 间历程的频谱图按时间序列等 间距排列。若这个时间历程恰 恰对应了等间距的转速，例如 转子系统的启动或停车过程， 就变成了转速三维谱图，如图 4—14。 由于纵坐标的不同， 三维瀑布图的解读也有所不同。 　　对于时间历程，时间间距可能是日、周、月。我们观察的重点是：随 着时间历程，哪些振动谱线发生了改变，幅值变化的趋势如何。若没有改 变，意味着机械设备一直处于良好的运行状态。若有改变，改变位于的频 率对应于那个机械部件，目前发展的趋势都是需要密切监测的对象。 图4—14 三维瀑布图 三维瀑布图的解读 　　对于转速三维谱，我们关注的是随着转速的升降，各主要振动频率 成份的振幅是否随转速变化。那些随转速升降而幅值也升降的频率成份 一定是机械运动状态信息，如图4—14中与纵坐标——转速轴呈扇形分布 的山脊，表现出山脊所在的频率与转速成某个比例关系，可以肯定是与 转速相关的设备状态信息。若山脊所处的频率是一阶转频，并且山脊的 峰值随转速升高而增大，这是刚性转子不平衡的特征信息。若有与转速 无关的山脊存在，那么有两种情况区分： 　1）山脊在低速下没有，在某个转频之上才出现。它是与转子固有频 　　 率相联系的油膜振荡——故障信息。 　2）山脊一直存在，而振幅与转频无关。那它是结构振动信号。 　　转速三维谱还有一个用途——区分振动的原因是机械或电气。在停 车过程中，当电机的供电切断，某个频率的振动立刻消失，那说明这个 振动属于电气原因所引起；若某个振动的频率随转速变化，则一定是与 转速相关的机械原因所引起。频率不随转速变化的是结构因素。 4．3．4 轴心轨迹的图像表示 　　轴心轨迹图是分析机械转子系统状态 信息的一种常用工具。 因为轴心轨迹的物 理单位是μm，所以对测量系统有一定的要 求。需用2个交错90°的涡流传感器，在 转轴的径向布置。如图4—15所示。 　　必须2路同步采样，而且轴心轨迹的绘制有2种方式： 1）直接用测量所获得的数据绘制。这种方式要求采样频率是轴转频的几 十倍，每一转采的数据点愈多，绘制的轴心轨迹愈光顺。其次需要低通滤 波器的截止频率略大于4倍的转频。将X、Y两个传感器所测的数值看作是 轴心轨迹在X、Y两个方向的投影，去掉其中的直流分量（平均值——是传 感器与轴颈表面的间隙），再按照（X、Y）坐标值进行绘制。 2）利用频谱图中基频、2阶频、4阶频的幅