一種基于振動信號階次分析的故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于振動信號階次分析的故障診斷方法，包括步驟：A、求取風(fēng)電機組振動信號的時頻譜；B、對時頻譜中各階次分量進(jìn)行等角度重采樣；C、對重采樣信號進(jìn)行階次譜分析，劃定故障產(chǎn)生部位并進(jìn)行預(yù)警。由上，僅通過振動信號實現(xiàn)階次分析，擺脫了階次分析過程中對硬件的依賴，簡化了階次采樣要求，自動識別出不同階次分量，通過階次分析，對于風(fēng)電機組可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷。
【專利說明】一種基于振動信號階次分析的故障診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電機組故障預(yù)警領(lǐng)域，特別涉及一種基于振動信號階次分析的故障 診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在如今的工業(yè)應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)設(shè)備經(jīng)常處于一些變轉(zhuǎn)速變工況的情況下運轉(zhuǎn)，這些 狀態(tài)下對應(yīng)的振動信號屬于非平穩(wěn)信號，并不直接滿足傅立葉變換對信號的平穩(wěn)性要求， 因此嚴(yán)格說來并不適合用常規(guī)的頻譜分析法進(jìn)行分析，若人為將這類信號假定為平穩(wěn)信 號，并對其進(jìn)行分析處理，結(jié)果必然會導(dǎo)致誤差甚至錯誤可產(chǎn)生嚴(yán)重的"頻率模糊"現(xiàn)象。為 了解決這一問題，角域采樣理論和建立在其基礎(chǔ)上的階次分析理論應(yīng)運而生。采用階次分 析理論能夠避免其轉(zhuǎn)速變化帶來的譜圖干擾，能夠提高故障分析的準(zhǔn)確度。
[0003] 階次分析方法目前主要分兩大類：一類是采用鍵相裝置的硬件式階次跟蹤技術(shù)， 另一類是計算階次跟蹤技術(shù)。
[0004] 鍵相傳感器的測量原理為：通過在被測軸上設(shè)置一個凹槽或凸鍵，稱鍵相標(biāo)記。當(dāng) 所述凹槽或凸鍵轉(zhuǎn)到探頭位置時，相當(dāng)于探頭與被測面間距突變，鍵相傳感器由此產(chǎn)生一 個脈沖信號，軸每轉(zhuǎn)一圈，就會產(chǎn)生一個脈沖信號，產(chǎn)生的時刻表明了軸在每轉(zhuǎn)周期中的位 置。因此通過對脈沖計數(shù)，可以測量軸的轉(zhuǎn)速。通過將脈沖與軸的振動信號比較，可以確定 振動的相位角，用于軸的動平衡分析以及設(shè)備的故障分析與診斷等。但在實際情況中，很多 場合均不具備通過安裝鍵相傳感器來獲取被檢測設(shè)備同步轉(zhuǎn)速的條件，從而難以對采集的 振動信號進(jìn)行階次分析。例如在對風(fēng)力發(fā)電機組進(jìn)行振動檢測時，經(jīng)常由于安裝繁瑣或者 安裝條件（例如位置過高）不具備，在數(shù)據(jù)采集時沒有安裝鍵相傳感器來獲取機器的轉(zhuǎn)速 變化曲線。因此，對于硬件式階次跟蹤技術(shù)，受到昂貴的附加硬件及現(xiàn)場安裝條件的制約， 應(yīng)用受到了限制。
[0005] 計算階次跟蹤技術(shù)基于瞬時頻率估計的階次分析技術(shù)，擺脫了階次分析過程中對 硬件的依賴，簡化了階次采樣的實現(xiàn)要求。根據(jù)頻率和轉(zhuǎn)速曲線的線性對應(yīng)關(guān)系，完全靠軟 件來獲得轉(zhuǎn)速信息。通過時頻分析方法獲得信號的轉(zhuǎn)速曲線，進(jìn)而求得信號重采樣的鍵相 時刻。精確的階次跟蹤要求對振動信號進(jìn)行同步采樣，監(jiān)測系統(tǒng)的精確度和可靠性取決于 同步采樣的質(zhì)量。
[0006] 中國專利申請?zhí)枮?201110169763. 5、201120172140· 9、201310216549· X 和 201310076093. 1的申請公開了階次分析的實現(xiàn)方法和硬件裝置，且以上專利都需要同步測 量轉(zhuǎn)速信號，實用起來頗為不便。而中國專利申請?zhí)枮?01210212885. 2的申請雖然提出了 無時標(biāo)的階次分析方法，但是該方法無法實現(xiàn)不確定階次數(shù)量的自適應(yīng)識別和跟蹤，無法 實現(xiàn)提高故障分析的準(zhǔn)確度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本申請?zhí)峁┮环N基于振動信號階次分析的故障診斷方法，僅通過振動信號實現(xiàn)階 次分析，擺脫了階次分析過程中對硬件的依賴，簡化了階次采樣要求，自動識別出不同階次 分量，通過階次分析，對于風(fēng)電機組可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時診斷。
[0008] 本發(fā)明所提供的基于振動信號階次分析的故障診斷方法包括步驟：
[0009] A、求取風(fēng)電機組振動信號的時頻譜；
[0010] B、對時頻譜中各階次分量進(jìn)行等角度重采樣；
[0011] C、對重采樣信號進(jìn)行階次譜分析，劃定故障產(chǎn)生部位。
[0012] 由上，僅通過振動信號實現(xiàn)階次分析，擺脫了階次分析過程中對硬件的依賴，簡化 了階次采樣要求，自動識別出不同階次分量，對于風(fēng)電機組可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時診斷。
[0013] 可選的，所述步驟A中，求取風(fēng)電機組振動信號的時頻譜采用以下方法之一：短時 傅里葉變換法、Gabor變化法和Wigner-vill分布法。
[0014] 由上，可體現(xiàn)出各階次分量信息。
[0015] 可選的，所述步驟B包括步驟：
[0016] B1 :依次搜索時頻譜中各階次的分量的時頻分布帶寬及峰值；
[0017] B2 :將各階次分量的時頻分布峰值進(jìn)行擬合；
[0018] B3:求取所擬合的曲線的鍵相時標(biāo)，對鍵相時標(biāo)進(jìn)行插值以進(jìn)行等角度插值重采 樣。
[0019] 由上，對振動信號進(jìn)行等角度重采樣，以實現(xiàn)分離出多軸系的振動特征。
[0020] 可選的，所述步驟B1中所述依次搜索包括：在時間軸上選取一時間起點，自該時 間起點分別向時間軸起點、終點方向搜索。
[0021] 可選的，所述時間起點處各階次的分量的時頻分布帶寬互不相交。
[0022] 由上，自適應(yīng)選取時間起點，劃分出不同階次段，實現(xiàn)出自動識別所有階次分量。
[0023] 可選的，所述步驟B1中所述搜索時頻譜中各階次的分量的時頻分布帶寬及峰值 包括：
[0024] B11 :針對每一時間點，計算該時間點所對應(yīng)時頻分布峰值帶寬的參考值，將小于 所述參考值的時頻分布峰值帶寬置〇 ;
[0025] B12 :逐階次搜索時頻分布帶寬中的峰值。
[0026] 由上，實現(xiàn)對所有階次分量的自動識別。
[0027] 可選的，所述參考值為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于振動信號階次分析的故障診斷方法，其特征在于，包括步驟： A、 求取風(fēng)電機組振動信號的時頻譜； B、 對時頻譜中各階次分量進(jìn)行等角度重采樣； C、 對重采樣信號進(jìn)行階次譜分析，劃定故障產(chǎn)生部位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A中，所述求取風(fēng)電機組振動信號的 時頻譜采用以下方法之一：短時傅里葉變換法、Gabor變化法和Wigner-vill分布法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B包括步驟： Bl:依次搜索時頻譜中各階次的分量的時頻分布帶寬及峰值； B2:將各階次分量的時頻分布峰值進(jìn)行擬合； B3 :求取所擬合的曲線的鍵相時標(biāo)，對鍵相時標(biāo)進(jìn)行插值以進(jìn)行等角度插值重采樣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟Bl中所述依次搜索包括：在時間軸 上選取一時間起點，自該時間起點分別向時間軸起點、終點方向搜索。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述時間起點處各階次的分量的時頻分 布帶寬互不相交。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟Bl中所述搜索時頻譜中各階次的分 量的時頻分布帶寬及峰值包括： B11:針對每一時間點，計算該時間點所對應(yīng)時頻分布峰值帶寬的參考值，將小于所述 參考值的時頻分布峰值帶寬置〇 ; B12:逐階次搜索時頻分布帶寬中的峰值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述參考值為
式中N表示時頻譜圖的時間長度，M表示時頻譜圖的頻率長 度，wAfs表示時間點，Hii表示時間點wZVfl所對應(yīng)的所有時頻分布峰值，K表示加權(quán)因數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述加權(quán)因數(shù)K依據(jù)風(fēng)電機組振動信號的 信噪比進(jìn)行調(diào)整。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C中所述劃定故障包括： Cl:對重采樣信號進(jìn)行快速傅氏變換，以得到各階次分量的階次譜； C2 :依據(jù)不同階次數(shù)振動幅值增大量，判斷出故障產(chǎn)生部位，并依據(jù)不同故障部位進(jìn)行 不同級別的預(yù)警。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述不同級別的預(yù)警包括：不同顏色預(yù) 警不同語音提示預(yù)警。
【文檔編號】G01H17/00GK104266747SQ201410253655
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】王棟, 申燭, 周繼威, 張波, 張 林 申請人:中能電力科技開發(fā)有限公司