一種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法，先在轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，采集X、Y方向的位移振動(dòng)信號(hào)，對(duì)位移振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解，得到多個(gè)基本模式分量IMF，然后對(duì)各基本模式分量IMF進(jìn)行頻譜分析，挑選出包含轉(zhuǎn)頻的基本模式分量IMFx(t)和IMFy(t)；分別對(duì)基本模式分量IMFx(t)和IMFy(t)采用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFy(t)，提取瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFy(t)的頻率、幅值、相位信息，合成二維全息譜，對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，本發(fā)明綜合考慮了轉(zhuǎn)子在水平和垂直方向的振動(dòng)信號(hào)，并充分利用相位信息，有機(jī)地把信號(hào)的頻率、幅值和相位信息融合在一起，診斷結(jié)果直觀完整。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn) 機(jī)械全息診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械是石油、化工、能源、冶金等許多行業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，其中轉(zhuǎn)子組件 是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心。轉(zhuǎn)子常見(jiàn)的故障有不平衡、動(dòng)靜碰磨、油膜渦動(dòng)等，其中轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨 故障引起的振動(dòng)往往表現(xiàn)出非線性特征，是一類(lèi)診斷難度較大的故障形式。現(xiàn)有的一些信 號(hào)分析方法往往不能準(zhǔn)確、直觀地判別轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)，特別是早期微弱故障的診斷。
[0003] 轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障引發(fā)的振動(dòng)為彎扭耦合振動(dòng)，振動(dòng)信號(hào)形式為調(diào)頻形式，異常 振動(dòng)信息會(huì)體現(xiàn)在徑向振動(dòng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率中，將瞬時(shí)頻率信息加以利用，有望提高轉(zhuǎn)子 故障診斷的準(zhǔn)確性，對(duì)診斷轉(zhuǎn)子故障大有益處。由于大多現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)設(shè)備都未安裝扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)量裝置，意味著無(wú)法直接獲取旋轉(zhuǎn)設(shè)備的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)。相比之下，大多大型旋轉(zhuǎn) 設(shè)備都已安裝轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)中提取轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信息，綜合考 慮轉(zhuǎn)子在水平和垂直方向的振動(dòng)，可對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷提供新的思路，具有重要的 工程和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的 旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法，通過(guò)徑向振動(dòng)信號(hào)提取轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信息，合成瞬時(shí)頻率的二維 全息譜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障的有效診斷。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一，在轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，規(guī)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò) 程中第一個(gè)經(jīng)過(guò)的位移傳感器為X方向，順轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)90°后的另一個(gè)位移傳感器為Y方向，兩 個(gè)位移傳感器的安裝條件、物理特性保持一致，采集轉(zhuǎn)子的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t);
[0008] 步驟二，分別對(duì)X、Y方向的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t)進(jìn)行集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解， 得到多個(gè)基本模式分量頂F，基本模式分量頂F必須滿足以下兩個(gè)條件：
[0009] a.整個(gè)信號(hào)上的極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或至多相差一個(gè)；
[0010] b.在整個(gè)時(shí)間序列上，由所有局部極大值點(diǎn)確定的上包絡(luò)和由所有局部極小值點(diǎn) 所確定的下包絡(luò)的均值為零；
[0011] 步驟三，對(duì)集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解得到的各基本模式分量MF進(jìn)行頻譜分析，挑選 出包含轉(zhuǎn)頻的基本模式分量IMFx(t#PIMF yW;
[0012]步驟四，分別對(duì)基本模式分量頂Fx(t)和頂Fy(t)采用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻率 IFx(t)和IFy(t)，計(jì)算過(guò)程如下：
[0013]基本模式分量頂Fx(t)分解成調(diào)幅信號(hào)A(t)和調(diào)頻信號(hào)eosp(/)，即：
[0015]令:F(f) = cosp(〇,從信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)頻分量定義正交函數(shù)，如下：
[0017]因此，信號(hào)的瞬時(shí)相位通過(guò)下式計(jì)算求出：
[0019] 通過(guò)對(duì)瞬時(shí)相位士)求導(dǎo)，得到瞬時(shí)頻率IFx(t)為：
[0021 ]再按照上述過(guò)程計(jì)算得到瞬時(shí)頻率IFyW;
[0022]步驟五，提取瞬時(shí)頻率IFX⑴和IFy⑴的頻率、幅值、相位信息，合成二維全息譜，然 后對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，具體過(guò)程如下：
[0023]首先，用內(nèi)插法分別對(duì)X、Y方向的瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFy(t)進(jìn)行頻率、幅值、相位校 正;然后，提取校正之后的幅值A(chǔ)x、Ay與相位死、％，以頻率階次為單位進(jìn)行融合，得到橢圓 方程為：
[0026] 式中，an為X方向的位移傳感器與水平方向的夾角；
[0027] 更換不同頻率階次處的Ax、Ay、死、巧就得到相應(yīng)的橢圓，組合得到二維全息譜；
[0028] 最后，計(jì)算每個(gè)頻率階次處的離心率e、長(zhǎng)軸a和短軸b的橢圓信息，根據(jù)橢圓信息 對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，計(jì)算表達(dá)式如下：
[0033]本發(fā)明的有益效果為：
[0034] 通過(guò)采用本發(fā)明提出的基于調(diào)頻信息重構(gòu)的全息診斷方法發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行 時(shí)，各頻率階次橢圓呈現(xiàn)一組無(wú)規(guī)則的幅值很小的橢圓;轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨故障時(shí)，轉(zhuǎn)頻橢 圓及其高倍頻橢圓明顯變大，呈一組離心率很大的橢圓，有些甚至為一條直線，該特征可以 有效識(shí)別轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0035] a)本發(fā)明通過(guò)轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)信號(hào)提取轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子故障判 定，提高了轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)信號(hào)的利用率；
[0036] b)相比現(xiàn)有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析技術(shù)，本發(fā)明無(wú)需直接加裝扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)量裝置便可完成 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信息提取，節(jié)約了硬件成本；
[0037] c)本發(fā)明提出的基于調(diào)頻信息重構(gòu)的全息診斷方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分析方法在旋轉(zhuǎn) 機(jī)械故障診斷中的不足，綜合考慮了轉(zhuǎn)子在水平和垂直方向的振動(dòng)信號(hào)，并充分利用相位 信息，有機(jī)地把信號(hào)的頻率、幅值和相位信息融合在一起，診斷結(jié)果直觀完整。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為實(shí)施例1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型。
[0039]圖2為實(shí)施例1轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率二維全息譜圖。
[0040]圖3為實(shí)施例1轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障振動(dòng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率二維全息譜圖。
[0041 ]圖4為實(shí)施例2本特利RK4轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042 ]圖5為實(shí)施例2轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障振動(dòng)信號(hào)x (t)的集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解結(jié)果。 [0043 ]圖6為實(shí)施例2轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障振動(dòng)信號(hào)y (t)的集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解結(jié)果。
[0044] 圖7為實(shí)施例2基本模式分量頂FxW的時(shí)域波形圖和幅值譜圖。
[0045] 圖8為實(shí)施例2基本模式分量頂FyW的時(shí)域波形圖和幅值譜圖。
[0046]圖9為實(shí)施例2瞬時(shí)頻率IFx(t)的時(shí)域波形圖和幅值譜圖。
[0047]圖10為實(shí)施例2瞬時(shí)頻率IFyW的時(shí)域波形圖和幅值譜圖。
[0048]圖11為實(shí)施例2轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率二維全息譜圖。
[0049] 圖12為實(shí)施例2轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障振動(dòng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率二維全息譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，為說(shuō)明本發(fā)明方法的有效性，分 別用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真信號(hào)和實(shí)驗(yàn)信號(hào)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行驗(yàn)證。
[0051] 實(shí)施例1，采用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證，建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型如圖 1所示，轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障由轉(zhuǎn)子不平衡激發(fā)，通過(guò)改變動(dòng)靜間距進(jìn)行動(dòng)靜碰磨故障仿真， 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型基本參數(shù)見(jiàn)表1，
[0052] 表1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型基本參數(shù)表
[0054] 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的單元?jiǎng)偠染仃?、單元質(zhì)量矩陣、單元陀螺力矩陣如下所示：
[0055] 單元?jiǎng)偠染仃嚍椋?br>[0057]單元質(zhì)量矩陣為：
[0059]單元陀螺力矩陣為：
[0061 ] -種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法，包括以下步驟：
[0062] 步驟一，在轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，規(guī)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò) 程中第一個(gè)經(jīng)過(guò)的位移傳感器為X方向，順轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)90°后的另一個(gè)位移傳感器為Y方向，兩 個(gè)位移傳感器的安裝條件、物理特性保持一致，采集轉(zhuǎn)子的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t);
[0063] 步驟二，分別對(duì)X、Y方向的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t)進(jìn)行集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解， 得到多個(gè)基本模式分量頂F，基本模式分量頂F必須滿足以下兩個(gè)條件：
[0064] a.整個(gè)信號(hào)上的極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或至多相差一個(gè)；
[0065] b.在整個(gè)時(shí)間序列上，由所有局部極大值點(diǎn)確定的上包絡(luò)和由所有局部極小值點(diǎn) 所確定的下包絡(luò)的均值為零；
[0066]步驟三，對(duì)集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解得到的各基本模式分量MF進(jìn)行頻譜分析，挑選 出包含轉(zhuǎn)頻的基本模式分量IMFxW和IMFyW;
[0067]步驟四，分別對(duì)基本模式分量頂Fx(t)和頂Fy(t)采用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻率 IFx(t)和IFy(t)，計(jì)算過(guò)程如下：
[0068] 基本模式分量頂Fx(t)分解成調(diào)幅信號(hào)A(t)和調(diào)頻信號(hào)，即：
[0069] = A(t) COS 冰)，
[0070] 令：―)=COS冰)，從信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)頻分量定義正交函數(shù)，如下：
[0072]因此，信號(hào)的瞬時(shí)相位通過(guò)下式計(jì)算求出：
[0074] 通過(guò)對(duì)瞬時(shí)相位求導(dǎo)，得到瞬時(shí)頻率IFx(t)為：
[0076]再按照上述過(guò)程計(jì)算得到瞬時(shí)頻率IFyW ;
[0077]步驟五，提取瞬時(shí)頻率IFX⑴和IFy⑴的頻率、幅值、相位信息，合成二維全息譜，然 后對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，具體過(guò)程如下：
[0078]首先，用內(nèi)插法分別對(duì)X、Y方向的瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFy(t)進(jìn)行頻率、幅值、相位校 正;然后，提取校正之后的幅值A(chǔ)x、Ay與相位R、$，以頻率階次為單位進(jìn)行融合，得到橢圓 方程為：
[0081] 式中，an為X方向的位移傳感器與水平方向的夾角；
[0082] 更換不同頻率階次處的Ax、Ay、A、％就得到相應(yīng)的橢圓，組合得到二維全息譜， 如圖2、圖3所示，圖2為轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)分析結(jié)果，圖3為轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障振 動(dòng)信號(hào)分析結(jié)果；
[0083]最后，計(jì)算每個(gè)頻率階次處的離心率e、長(zhǎng)軸a和短軸b的橢圓信息，根據(jù)橢圓信息 對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，計(jì)算表達(dá)式如下：
[0088]本實(shí)施例的效果：采用本發(fā)明提出的基于調(diào)頻信息重構(gòu)的全息診斷方法進(jìn)行分 析，對(duì)比圖2和圖3,轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行時(shí)，各頻率階次橢圓呈現(xiàn)一組無(wú)規(guī)則的幅值很小的橢圓， 如圖2所示;轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨故障時(shí)，轉(zhuǎn)頻橢圓及其高倍頻橢圓明顯變大，呈一組離心率 很大的橢圓，如圖3所示，該特征可以有效識(shí)別轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障。
[0089]實(shí)施例2,通過(guò)本特利RK4轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本特利RK4轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示 意圖如圖4所示，轉(zhuǎn)子直徑為10mm，長(zhǎng)550mm，前后支撐跨距為325mm，從驅(qū)動(dòng)端看，該轉(zhuǎn)子系 統(tǒng)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子跨內(nèi)沿軸向?qū)ΨQ(chēng)布置兩個(gè)用于添加平衡質(zhì)量的平衡盤(pán)，每個(gè) 盤(pán)重量為0.8kg，平衡盤(pán)上半徑為30mm處沿周向等角度分布16個(gè)孔用于添加平衡質(zhì)量，實(shí)驗(yàn) 通過(guò)調(diào)整碰磨棒與轉(zhuǎn)子的間距模擬轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障，實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速設(shè)置為1700rpm。
[0090] -種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法，包括以下步驟：
[0091] 步驟一，在轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，規(guī)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò) 程中第一個(gè)經(jīng)過(guò)的位移傳感器為X方向，順轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)90°后的另一個(gè)位移傳感器為Y方向，兩 個(gè)位移傳感器的安裝條件、物理特性保持一致，采集轉(zhuǎn)子的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t);
[0092] 步驟二，分別對(duì)X、Y方向的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t)進(jìn)行集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解， 得到多個(gè)基本模式分量IMF，如圖5、圖6所示，基本模式分量頂F必須滿足以下兩個(gè)條件：
[0093] a.整個(gè)信號(hào)上的極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或至多相差一個(gè)；
[0094] b.在整個(gè)時(shí)間序列上，由所有局部極大值點(diǎn)確定的上包絡(luò)和由所有局部極小值點(diǎn) 所確定的下包絡(luò)的均值為零；
[0095]步驟三，對(duì)集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解得到的各基本模式分量MF進(jìn)行頻譜分析，挑選 出包含轉(zhuǎn)頻的基本模式分量MFxW和頂Fy⑴，如圖7、圖8所示，X方向位移振動(dòng)信號(hào)x(t)經(jīng)過(guò) 集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解后，得到的基本模式分量頂F3包含轉(zhuǎn)頻，其時(shí)域波形圖和幅值譜圖 如圖7所示;Y方向位移振動(dòng)信號(hào)y(t)經(jīng)過(guò)集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解后，得到的基本模式分量 頂F2包含轉(zhuǎn)頻，其時(shí)域波形圖和幅值譜圖如圖8所示；
[0096]步驟四，分別對(duì)基本模式分量頂Fx(t)和頂Fy(t)采用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻率 IFx(t)和IFy(t)，如圖9、圖10所示，計(jì)算過(guò)程如下：
[0097]基本模式分量頂FxW分解成調(diào)幅信號(hào)A(t)和調(diào)頻信號(hào)eosg/)，即：
[0099]令:作)cos 4)，從信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)頻分量定義正交函數(shù)，如下：
[0101]因此，信號(hào)的瞬時(shí)相位通過(guò)下式計(jì)算求出：
[0103] 通過(guò)對(duì)瞬時(shí)相位求導(dǎo)，得到瞬時(shí)頻率IFx(t)為：
[0105]再按照上述過(guò)程計(jì)算得到瞬時(shí)頻率IFyW;
[0106] 步驟五，提取瞬時(shí)頻率IFx⑴和IFy⑴的頻率、幅值、相位信息，合成二維全息譜，然 后對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，具體過(guò)程如下：
[0107] 首先，用內(nèi)插法分別對(duì)X、Y方向的瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFy(t)進(jìn)行頻率、幅值、相位校 正;然后，提取校正之后的幅值A(chǔ) x、Ay與相位武、％，以頻率階次為單位進(jìn)行融合，得到橢圓 方程為：
[0110] 式中，an為X方向的位移傳感器與水平方向的夾角；
[0111] 更換不同頻率階次處的Ax、Ay、私、％就得到相應(yīng)的橢圓，組合得到二維全息譜， 如圖11、圖12所示，圖11為轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)分析結(jié)果，圖12為轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故 障振動(dòng)信號(hào)分析結(jié)果；
[0112] 最后，計(jì)算每個(gè)頻率階次處的離心率e、長(zhǎng)軸a和短軸b的橢圓信息，根據(jù)橢圓信息 對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，計(jì)算表達(dá)式如下：
[0117] 本實(shí)施例的效果：采用本發(fā)明提出的基于調(diào)頻信息重構(gòu)的全息診斷方法進(jìn)行分 析，對(duì)比圖11和圖12,轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行時(shí)，各頻率階次橢圓呈現(xiàn)一組無(wú)規(guī)則的幅值很小的橢 圓，如圖11所示;轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨故障時(shí)，轉(zhuǎn)頻橢圓及其高倍頻橢圓明顯變大，呈一組離 心率很大的橢圓，如圖12所示，該特征可以有效識(shí)別轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障。
[0118] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】?jī)H限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書(shū)確定專(zhuān)利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于調(diào)頻信息重構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械全息診斷方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，在轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，規(guī)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中 第一個(gè)經(jīng)過(guò)的位移傳感器為X方向，順轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)90°后的另一個(gè)位移傳感器為Y方向，兩個(gè)位 移傳感器的安裝條件、物理特性保持一致，采集轉(zhuǎn)子的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t); 步驟二，分別對(duì)X、Y方向的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t)進(jìn)行集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解，得到 多個(gè)基本模式分量IMF，基本模式分量IMF必須滿足以下兩個(gè)條件： a. 整個(gè)信號(hào)上的極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或至多相差一個(gè)； b. 在整個(gè)時(shí)間序列上，由所有局部極大值點(diǎn)確定的上包絡(luò)和由所有局部極小值點(diǎn)所確 定的下包絡(luò)的均值為零； 步驟三，對(duì)集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ紼EMD分解得到的各基本模式分量頂F進(jìn)行頻譜分析，挑選出包 含轉(zhuǎn)頻的基本模式分量頂FxW和頂FyW; 步驟四，分別對(duì)基本模式分量頂Fx(t)和頂Fy(t)采用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻率IF x(t) 和IFy(t)，計(jì)算過(guò)程如下： 基本模式分量頂Fxw分解成調(diào)幅信號(hào)A(t)和調(diào)頻信號(hào)，即： IMF*、： A、t) COS 妒(0， 令4) -cos /人信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)頻分量定義正交函數(shù)，如下：因此，信號(hào)的瞬時(shí)相位通過(guò)下式計(jì)算求出：通過(guò)對(duì)瞬時(shí)相位求導(dǎo)，得到瞬時(shí)頻率IFxwS:再按照上述過(guò)程計(jì)算得到瞬時(shí)頻率IFy(t); 步驟五，提取瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFy(t)的頻率、幅值、相位信息，合成二維全息譜，然后對(duì) 轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，具體過(guò)程如下： 首先，用內(nèi)插法分別對(duì)X、Y方向的瞬時(shí)頻率IFxW和IFyW進(jìn)行頻率、幅值、相位校正;然 后，提取校正之后的幅值A(chǔ)x、Ay與相位穴、A，以頻率階次為單位進(jìn)行融合，得到橢圓方程 為：式中，an為X方向的位移傳感器與水平方向的夾角； 更換不同頻率階次處的Ax、Ay、R、仏就得到相應(yīng)的橢圓，組合得到二維全息譜； 最后，計(jì)算每個(gè)頻率階次處的離心率e、長(zhǎng)軸a和短軸b的橢圓信息，根據(jù)橢圓信息對(duì)轉(zhuǎn) 子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，計(jì)算表達(dá)式如下：
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK106053034SQ201610311998
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】王琇峰, 郭美娜, 曾志豪, 林京, 雷亞國(guó), 趙明
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)