机械故障诊断技术4_信号特征提取技术.pptx

第四章 信号特征提取——信号分析技术;4．1 信号特征的时域提取方法;4．1．2 均方值、有效值 　　　均方值与有效值用于描述振动信号的能量。 　　　 均方值 　　　有效值Xrms又称均方根值，是机械故障诊断系统中用于判别运转状态是否正常的重要指标。因为有效值Xrms描述振动信号的能量，稳定性、重复性好，因而当这项指标超出正常值（故障判定限）较多时，可以肯定机械存在故障隐患或故障。 　　　若有效值Xrms的物理参数是速度（mm/s），就成为用于判定机械状态等级的振动烈度指标。 ;4．1．3 峰值、峰值指标 　　　通常峰值Xp是指振动波形的单峰最大值。由于它是一个时不稳参数，不同的时刻变动很大。因此，在机械故障诊断系统中采取如下方式以提高峰值指标的稳定性：在一个信号样本的总长中，找出绝对值最大的10个数，用这10个数的算术平均值作为峰值Xp。 　　　峰值指标Ip 　　　峰值指标Ip和脉冲指标Cf都是用来检测信号中是否存在冲击的统计指标。;4．1．4 脉冲指标 　　　　　脉冲指标Cf 　　　 　　　脉冲指标Cf和峰值指标Ip都是用来检测信号中是否存在冲击的统计指标。由于峰值Xp的稳定性不好，对冲击的敏感度也较差，因此在故障诊断系统中逐步应用减少，被峭度指标所取代。 ;4．1．5 裕度指标 　　　裕度指标Ce用于检测机械设备的磨损情况。 　　　　裕度指标Ce 　　　在不存在摩擦碰撞的情况下，即歪度指标变化不大的条件下。以加速度、速度为测量传感器的系统，其平均值反映了测量系统的温飘、时飘等参数变化。使用涡流传感器的故障诊断系统的平均值则与磨损量有关。 　　　若歪度指标变化不大，有效值Xrms与平均值的比值增大，说明由于磨损导致间隙增大，因而振动的能量指标——有效值Xrm比平均值增加快，其裕度指标Ce也增大了。;4．1．6 歪度指标 　　　歪度指标Cw反映振动信号的非对称性。 　 　　　　歪度指标Cw 　　　除有急回特性的机械设备外，由于存在着某一方向的摩擦或碰撞，造成振动波性的不对称，使歪度指标Cw增大。 ;4．1．7 峭度指标 　　　峭度指标Cq反映振动信号中的冲击特征。 　　　 峭度指标Cq 　　　峭度指标Cq对信号中的冲击特征很敏感，正常情况下应该其值在3左右，如果这个值接近4或超过4，则说明机械的运动状况中存在冲击性振动。一般情况下是间隙过大、滑动副表面存在破碎等原因。 ;统计指标的运用注意;4．2 信号特征的频域提取方法;图4—1 信号的时频关系;关于频谱图的说明;4．2．2 周期信号与非周期信号的频谱 　　最简单的周期信号是正弦信号 　　如果正弦信号的周期为T，则它们之间的关系为： 　　富里叶级数说明满足狄利克雷条件的周期信号，可以用正弦函数表 达成富里叶级数的形式： 　　　　　　　　　　　　　　　　　（n=1，2，3，……） 　　此公式具有明确的物理意义。它表明任何满足狄利克雷条件的周期 信号，均可以表述为一个常数分量a0和一系列正弦分量之和的形式。其 中n=1的那个正弦分量称为基波，对应的频率ω0称为该周期信号的基频。 其它正弦分量按n的数值，分别称为n次谐波。 在机械故障诊断领域，常数分量a0是直流分量，代表某个变动缓慢的物理因素，如某个间隙。通常从电动机到工作机械的传动是一系列的减速增力过程，因此通常将电动机输入的转动频率称为基频。基频和它的n次谐波在机械故障诊断领域都有明确的故障缺陷意义。;周期性方波信号的频谱1 　　周期性方波信号x(t)从原本意义上是既无开始又无结束 的信号，但可以在一个周期内表述为： 　　 　　对该方波信号x(t)作富里叶变换 　　可得该方波的富里叶级数描述： ;周期性方波信号的频谱2 　　图4—3 是该方波的幅频谱 图，横坐标是频率ω，纵坐标 是幅值，图中对应于某个频率 的直线称为谱线。 　　从图中可知周期信号的频 谱具有下列特征： 　1）离散性 即周期信号的频 谱图中的谱线是离散的。 　2）谐波性 即周期信号的谱 线只发生在基频ω0的整数倍频率上。 　3）收敛性 周期信号的高次谐波的幅值具有随谐波次数n 增加而衰减的趋势。 ;非周期信号的频谱1 　　非周期信号分为准周期信号和瞬变信号。准周期信号是 由一系列正弦信号叠加组成的，但各正弦信号的频率比不是 有理数，因而叠加结果的周期性不明显。 　　脉冲函数、阶跃函数、指数函数、矩形窗函数这些工程 中常用的工具都是典型的瞬变信号。 　　矩形窗函数的时域表达式为： ? ;幅—频谱;4．2．3 截断、泄漏与窗函数 　　在故障诊断的信号