4设备状态监测和故障诊断技术 第四章 信号处理技术.ppt

宜宾职业技术学院 （第四章　信号处理技术） 第四章　信号处理技术 本章教学目标： 1、 2、 3、 一、信号预处理 2、滤波处理 滤波作用 2.3 信号的滤波（提取周期信号） 3、同步平均处理（相干滤波） 从混有噪声干扰的信号中提取周期信号的一种有效方法，对时域信号以一定的周期间隔去截取它，然后将所有截得得信号段迭加平均，这样可消除信号中得非周期分量和随即干扰，保留了确定得周期分量。 二、信号的相关分析 2 信号的频域描述 信号的频域描述――把信号的时域描述通过适当方法变成信号的频域描述，即是以频率为独立变量来表示信号。它揭示了各频率成分幅值所占的比重。 1、相关系数 4、互相关函数的性质 相关分析的工程应用 案例一：机械加工表面粗糙度自相关分析 案例二：测得两台C630车床主轴箱噪声的自相关函数如图，试判别故障机床是哪一台？缺陷部位在哪里？ 四、信号的频域分析 2、非周期信号的频域分析 非周期信号中的准周期信号，因为它是由有限个频率不成整数的正旋信号叠加而成，其频谱图应和周期信号的情况类似，也是离散的，所不同的是它的谱线并不是以 为间隔分布的。 非周期信号可以通过傅立叶变换把它从时域变换到频域。 3、功率谱分析 频域中的功率谱分析，表征了能量按频率分布的情况。 4、倒频谱分析 4.2 特点和作用 1）将频谱中的周期成分检测出来； 2）显示较弱的故障信号； 3）对幅值和相位调制的关系不敏感。因此在故障诊 断中，尤其是齿轮故障诊断中十分有用。 本章结束！ 2 、波形变量相关的概念（相关函数 ） 如果所研究的变量x, y是与时间有关的函数，即x(t)与y(t) 这时可以引入一个与时间τ有关的量，称为函数的相关系数，简称相关函数，并有： 相关函数反映了二个信号在时移中的相关性。 令x(t)、y(t)二个信号之间产生时差τ，再相乘和积分，就可以得到τ时刻二个信号的相关性。 x(t) y(t) 时 延 器 乘法 器 y(t - τ) X(t)y(t - τ) 积分 器 Rxy(τ) 算法 3、相关函数的性质 相关函数描述了两个信号间或信号自身不同时刻的相似程度，通过相关分析可以发现信号中许多有规律的东西。 （1）自相关函数是 ? 的偶函数， Rx(?) =Rx(- ?)； （2）当 ?=0 时，自相关函数具有最大值。 （3）周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。 （4）随机噪声信号的自相关函数将随 ? 的增大快速衰减。 （5）两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留原了信号的相位信息。 （6）两个不同频率的周期信号互不相关。 1）若y(t)＝ x(t－?0)，即y(t)是x(t)延迟?0后的波形，表明?＝?0时互相关函数呈现最大值，时移?0反映x(t)和y(t)之间的滞后时间。 2）同频相关不同频不相关 分析：根据自相关函数性质，如果信号中含有周期成分，其自相关函数在 很大时都不会衰减，并且具有明显的周期性。不包含周期成分的随机信号，当 稍大时自相关函数就将趋近于0。当我们根据机械加工表面粗糙度的波形，经自相关分析后所得到的自相关图呈现出周期性，这表明引起表面粗糙度的原因中包含有某种周期因素，从自相关图中可以确定该周期因素的频率，从而可以进一步分析其起因。（提取出回转误差等周期性的故障源） 待插图7-13 分析：图b中显示随着? 的增大，周期信号依然暴露无遗， 说明主轴箱有异常的周期性振动，将主轴箱各轴转速和 Rx(?)的波动频率作比较，可确定引起振动的原因然后检 查主轴箱，找出产生异常原因。 1、周期信号的频域分析 周期信号主要通过傅立叶级数实现动态信号从时间域变换到频率域。 动态信号从时间域变换到频率域主要通过傅立叶级数和傅立叶变换来实现。 主要特性： 1）自功率谱函数为偶函数。 2）自功率谱函数为双变谱。 3）功率谱与幅值谱的关系： 3.1自功率谱函数 自相关函数的傅立叶变换。 3.2 互功率谱函数 互相关函数的傅立叶变换。 为了评价测试系统的输入信号和输出信号的因果关系，在频域中描述两个信号的相关程度，常用相关函数： 一种用于频谱中检测谱的周期性的方法，在机械 故障监测和诊断中应用很广泛。 4.1倒频谱定义 某信号的功率谱的对数的傅立叶逆变换。 设备状态监测 与故障诊断精品课程 信号处理技术 设备状态监测与故障诊断技术 1、 目的： 提高数据分析的精度，使故障诊断的精