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（3）.ppt

1,机电设备故障诊断,重点实验室张建宇2011-10-31,EquipmentFaultDiagnostics,2,2,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：,3,3,3.2.1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,4,时域信号直接进行傅立叶变换，求得关于该时域信号的频率构成信息。,(1)幅值谱,时域信号,幅值谱,3.2.1频谱图的分类,5,(2)功率谱：在频域中对信号能量或功率分布情况的描述。,由幅值谱计算功率谱：,由相关函数计算功率谱：,3.2.1频谱图的分类,6,3.2.1频谱图的分类,(3)对数（功率）谱,即“对功率谱取对数”，其数学表达式为,其中，即时域信号的功率谱。,作用：,在功率谱的对数转换时，给幅值较小的分量有较高的加权，其作用是既可帮助判别谱的周期性，又能精确地测出频率间隔。,7,功率谱,思考：信号功率谱与幅值谱会有怎样的差别？,幅值谱,轴承故障信号,3.2.1频谱图的分类,8,转子不平衡故障：单频信号,正弦信号,实测故障信号,轴心轨迹,3.2.2故障信号的频域描述,9,多数机械故障：复杂周期信号（谐波特征）,周期信号,轴承故障信号,3.2.2故障信号的频域描述,10,实例1：齿轮打齿(2007.8.20云南),故障时域波形,3.2.2故障信号的频域描述,11,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,实例1：齿轮打齿(2007.8.20云南),3.2.2故障信号的频域描述,12,实例2：轴承故障仿真信号,3.2.2故障信号的频域描述,13,时域信号,频谱图,实例3：轴承故障实验信号,?,3.2.2故障信号的频域描述,14,1.28监测界面,实例4：轴承故障工程信号(2005.1.30宣化),1.29监测界面,1.30监测界面,3.2.2故障信号的频域描述,15,实例4：轴承故障工程信号(2005.1.30宣化),时域与幅值谱,3.2.2故障信号的频域描述,16,3.2.3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：,17,3.2.3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,18,3.2.3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。,19,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,20,3.2.4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,21,fL,fH,原始频谱,移频,滤波,重采样+反移频,3.2.4细化谱分析,22,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,23,例1、内圈故障细化谱,原始信号,细化分析,时