机电设备故障诊断PPT教学课件-第3章 故障特征的识别方法（4）.ppt

1,机电设备故障诊断,重点实验室张建宇2011-11-07,EquipmentFaultDiagnostics,精密诊断的手段：识别故障特征频率谐波(倍频)分析方法：周期特性边频分析方法：调制特性,如何实现精密诊断？,基本方法：,解调分析技术,3,3,第3章故障特征的识别方法,3.1时域分析方法3.2频域精密诊断3.3解调技术3.4时频联合分析,本章内容：,4,4,3.2.1频谱图的分类3.2.2故障信号的频域描述3.2.3倒频谱分析3.2.4细化谱分析,3.2频域精密诊断方法,5,3.2.3倒频谱分析,(1)倒频谱的提出：,在工程实测的振动或声响信号不是振源信号本身，而是振源或声响信号x(t)经过系统传递到测点的输出信号y(t)。,轴承故障冲击波的传播过程,h(t),输入x(t),输出y(t),线性系统：,6,3.2.3倒频谱分析,(1)倒频谱的提出：,倒频谱可将输入信号与传递函数区分开来，便于识别。,当机械故障信号的频谱图出现难以识别的多族调制边频时，应用倒频谱分析，还可以分解和识别故障频率，分析和诊断产生故障的原因。,倒频谱：也称为二次频谱分析，是检测复杂谱图中周期分量的有用工具，可以对卷积进行分解，从而通过测得的响应特性，识别源特性，或系统的传输特性。,功率谱,对数,反傅里叶变换,7,3.2.3倒频谱分析,(2)倒频谱的性质：,倒频谱与自相关函数有类似之处，所不同的是，自相关函数是直接从自功率谱求傅里叶逆变换，而倒频谱则是对自功率谱的对数求傅里叶逆变换。,自变量称为倒频率。其量纲与信号x(t)及其自相关函数的相同。高倒频率，表示频谱图上的快速波动和密集谐频；低倒频率，表示频谱图上的缓慢波动和疏散谐频。,8,例、轴承故障的倒频谱分析,3.2.3倒频谱分析,原始信号,幅值谱,9,3.2.4细化谱分析,为什么要引入频谱细化技术？,外圈故障,滚动体故障,采样参数：fs、N,频率分辨率：f=fs/N,如何提高频域分辨率f？,放大镜,10,fL,fH,原始频谱,移频,滤波,重采样+反移频,3.2.4细化谱分析,11,细化谱分析过程：,(1)复调制：在时域乘以移频因子，F0是欲细化频段的起点频率。,(2)低通滤波：将观测频带以外的高频成分滤除，防止采样频率降低后引起无用频带对有用频带成分的混叠。,(3)重采样：采样的周期为Ts*D，D是细化倍数，同时采样频率变为原来的1/D。,(4)FFT：对时域作仍为N点的FFT处理，使频率分辨率提高了D倍，在所截取的频段内得到了细化D倍的频谱。,3.2.4细化谱分析,12,例1、故障1细化谱,原始信号,细化分析,时域波形,频谱图,高频段细化谱,细化解调谱,3.2.4细化谱分析,13,例2、故障2细化谱,原始信号,细化分析,时域波形,频谱图,小波分解d3细化谱,解调谱,3.2.4细化谱分析,(1)轴承故障的仿真实例,时域信号,频域,?,3.3解调技术,调制边频带是如何产生的？,时域信号,频谱图,例证：轴承外圈故障,3.3解调技术,故障时域波形,(2)齿轮打齿实例,3.3解调技术,故障信号幅值谱,啮合频率两侧的边频特征,啮合频率二倍频的边频特征,(2)齿轮打齿实例,3.3解调技术,3.3解调技术,调制信号的仿真模型：,其中：,fl为调制频率，fh为载波频率。,为简单起见，以如下调制信号展开讨论：,高通绝对值解调检波滤波解调平方解调包络解调分析,广义检波滤波解调,3.3解调技术,调制信号：,时域波形,频谱图,3.3解调技术,(1)平方解调,平方解调的结果（针对齿轮调制现象）：频率成分包括含有转频和2倍转频的低频部分，以及包含有以2倍啮合频率为载波，以转频和2倍转频为调制频率的高频调制部分。,3.3解调技术,(1)平方解调,时域波形,频谱图,3.3解调技术,(2)包络解调分析,实信号：x(t),解析信号：y(t),Hilbert变换,即x(t)与1/t的卷积,包络信号：,包络解调谱：,为什么能够实现解调目的？,3.3解调技术,(2)包络解调分析,解调原理：,H变换,级数展开,包络信号：,3.3解调技术,(2)包络解调分析,时域波形,频谱图,3.3解调技术