包絡(luò)解調(diào)法及其診斷(DEMO)_第1頁(yè)
包絡(luò)解調(diào)法及其診斷(DEMO)_第2頁(yè)
包絡(luò)解調(diào)法及其診斷(DEMO)_第3頁(yè)
包絡(luò)解調(diào)法及其診斷(DEMO)_第4頁(yè)
包絡(luò)解調(diào)法及其診斷(DEMO)_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩10頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、包絡(luò)解調(diào)法及其診斷包絡(luò)解調(diào)法是故障診斷中較常用的一種方法, 它可非常有效地識(shí) 別某些沖擊振動(dòng)。從而找到該沖擊振動(dòng)的振源。例如,當(dāng)軸承或齒輪 表面因疲勞或應(yīng)力集中而產(chǎn)生剝落和損傷時(shí), 會(huì)產(chǎn)生周期性的沖擊振 動(dòng)信號(hào),如圖425所不。從圖425個(gè)可以看出,信號(hào)包括兩部分:一部分是載頻信號(hào), 即系統(tǒng)的自由振蕩信號(hào)及各種隨機(jī)干擾信號(hào)的頻率,是圖形中頻率成分較高的信號(hào);第二部分是調(diào)制信號(hào),即包絡(luò)線所包圍的信號(hào)。它的 頻率較低,多為故障信號(hào)。因此.若要對(duì)故障源進(jìn)行分析,就必須把低頻信號(hào)(或調(diào)制信號(hào)) 從高頻信號(hào)(或載頻信號(hào))中分離出來(lái)。這一信號(hào)分離、提取過(guò)程,被 稱為信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)。對(duì)分離提取出來(lái)的包絡(luò)信號(hào)

2、進(jìn)行特征頻率和幅 度分析,就能準(zhǔn)確可靠地診斷出如軸承和齒輪的疲勞、切齒、剝落等 故障。圖4-25沖擊信號(hào)及其包絡(luò)目前分析高頻沖擊的有效方法之一是共振解調(diào) (包絡(luò)處理),即取 振動(dòng)時(shí)域波形的包絡(luò)線,然后對(duì)包絡(luò)線進(jìn)行頻譜分析。由于包絡(luò)線處 理可找出反復(fù)發(fā)生振動(dòng)的規(guī)律,根據(jù)軸承的特征頻率,就可診斷出軸 承或齒輪故障的部位。研究表明,當(dāng)軸承或齒輪無(wú)故障時(shí),在共振解 調(diào)頻譜中沒(méi)有高階譜線;有故障時(shí),共振解調(diào)頻譜中出現(xiàn)高階譜線。當(dāng)齒輪發(fā)生疲勞裂紋時(shí),齒輪剛度的變化會(huì)引起齒輪振動(dòng)噪聲信 號(hào)瞬時(shí)頻率(相位)和幅值的變化。但裂紋由于只影響齒輪剛度,齒形 無(wú)大變化,故振動(dòng)噪聲信號(hào)在頻域中無(wú)明顯征兆, 因此頻譜分析

3、對(duì)裂 紋診斷基本無(wú)效??刹捎脮r(shí)域平均法分析。如果齒輪同時(shí)存在其它類(lèi) 型的故障,則時(shí)域平均法的可靠性不高。此時(shí)可試用希爾伯特變換或 自適應(yīng)濾波技術(shù)提取相位信息,也可試用共振解調(diào)分析技術(shù)即包絡(luò)譜 分析法。一、包絡(luò)分析法進(jìn)行故障診斷的原理當(dāng)軸承或齒輪某一元件表面出現(xiàn)局部損傷時(shí),在受載運(yùn)行過(guò)程中要撞擊與之相互作用的其它元件表面, 產(chǎn)生沖擊脈沖力,由于沖擊脈 沖力的頻帶很寬,就必然激起測(cè)振系統(tǒng)的高頻固有振動(dòng)。 根據(jù)實(shí)際情 況,可選擇某一高頻固有振動(dòng)作為研究對(duì)象, 通過(guò)中心頻率等于該固 有頻率的帶通濾波器把該固有振動(dòng)分離出來(lái)。然后,通過(guò)包絡(luò)檢波器檢波,去除高頻衰減振動(dòng)的頻率成分,得到只包含故障特征信息的低

4、 頻包絡(luò)信號(hào),對(duì)這一包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析便可容易地診斷出故障 來(lái)。其原理示意圖如圖4.1所示。包絡(luò)分析法能將與故障有關(guān)的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中提取出來(lái), 從而避免了與其它低頻干擾的混淆,并能快速而正確地診斷出軸承或 齒輪的故障及發(fā)生的部位。因而是目前最常用.最有效的診斷滾動(dòng)軸 承和齒輪故障的方法之一。包絡(luò)分析法的具體步驟:(1)將信號(hào)通過(guò)適當(dāng)?shù)膸V波器,以衰減其背景噪聲 ;(2)求得由脈沖序列引起的包絡(luò)線,即進(jìn)行希爾伯特變換,構(gòu)成 以該脈沖信號(hào)為基礎(chǔ)的某個(gè)復(fù)變函數(shù);(3)對(duì)所關(guān)注的頻率,分析其包絡(luò)線,檢出重復(fù)的頻率。圖4.1包絡(luò)分析診斷原理示意圖常用的包絡(luò)解調(diào)法有如下兩種方法:低通濾波包絡(luò)解調(diào)

5、法和希爾 伯特變換解調(diào)法。1、低通濾波包絡(luò)解調(diào)法低通濾波包絡(luò)法的步驟是:1)將信號(hào)低通濾波,從而得到的低頻脈沖信號(hào);2)將信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值處理;3)平滑信號(hào);4)功率譜分析,分析脈沖信號(hào)的周期。上述解調(diào)過(guò)程可以用圖426進(jìn)行表示。r一上i 揩網(wǎng) 講分所 a a一網(wǎng)/ ,/效大其他分析用捺出圖4-26低通濾波包絡(luò)法原理低通濾波包絡(luò)解調(diào)法用于軸承診斷時(shí),不僅可以根據(jù)某種高頻固 有振動(dòng)的是否出現(xiàn).判斷軸承是否異常;而且還可根據(jù)包絡(luò)信號(hào)的頻 率成分,來(lái)識(shí)別產(chǎn)生缺陷的軸承元件(如內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體)。低通濾波包絡(luò)法解調(diào)法將與故障有關(guān)的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中 取出,從而避免了與其它低頻干擾的混淆,故有極高的診

6、斷可靠性和 靈敏度。其主要不足,一是信號(hào)的幅值量發(fā)生了變化,二是對(duì)于信號(hào) 的起始和末尾部分有較大的誤差.并且存在有 相位滯后的現(xiàn)象。2、希爾伯特變換解調(diào)法希爾伯持變換過(guò)去常用在電訊技術(shù)中,由于技術(shù)的共性,近些年來(lái)開(kāi)始應(yīng)用到機(jī)械故障診斷中。很容易證明調(diào)幅和調(diào)頻表現(xiàn)為總合成 矢量與載波矢量在幅值與頻率上的相對(duì)變化。 因此只要能設(shè)法求出總矢量的變化過(guò)程,解調(diào)就有可能。總合成矢量分為實(shí)部和虛部.實(shí)部通常就是已知的待解調(diào)的時(shí)域信號(hào). 而虛部因頻譜的偶對(duì)稱性,所以 各譜線相互抵消。圖427為實(shí)部和解析信號(hào)之間的關(guān)系。圖4-27實(shí)部和解析信號(hào)之間的關(guān)系希爾伯特變換可以用兩次 fft的方法完成。希爾伯特包絡(luò)變

7、換法對(duì)規(guī)則波形非常有效,但對(duì)非規(guī)則波形差一些。希爾伯持變換的實(shí)質(zhì) 是對(duì)原信號(hào)施加一次特殊濾波。由于因果性的限制,系統(tǒng)函數(shù)的實(shí)部與虛部或模與相角之間將具 備某種互相制約的特性,這種特性以希爾伯特變換的形式表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于因果系統(tǒng),其沖擊響應(yīng)h(t)在t0時(shí)存在, 因此:h(t)=h”(t)(36)h(t )的傅立葉變換即系統(tǒng)函數(shù)h儂)可分解為實(shí)部rs和虛部jx儂)之和:h j = f ht i - r jx(37)對(duì)上式運(yùn)用傅立葉變換的頻域卷積定理得:f h(t m-1 f h(t 山 f b(t w ( 38)于是有:r儂)+ jxg )= r(十j,(39)解得:以上兩式稱為希爾伯變換對(duì),它說(shuō)

8、明了具有因果性的系統(tǒng)函數(shù)h( 3)的一個(gè)重要特性:實(shí)部 r(3)唯一地確定虛部x (3),反過(guò)來(lái)也 是一樣。3、希爾伯變換的解調(diào)原理希爾伯變換的一個(gè)重要應(yīng)用就是處理帶通信號(hào)的解調(diào)。用希爾伯特變換把一個(gè)實(shí)信號(hào)表示成一個(gè)復(fù)信號(hào)(即解析信號(hào)),不僅使理論討 論方便,更重要的是可以研究實(shí)信號(hào)的包絡(luò),瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率。一個(gè)實(shí)信號(hào)x經(jīng)希爾伯特變換后可獲得一個(gè)該信號(hào)的適配虛部 ?t),由此可構(gòu)造一個(gè)解析信號(hào)u(t):ut =xt j?(t)(41)從而實(shí)信號(hào)x(t)的包絡(luò)為:a(t)=qx2(t )+.(t)(42)x(t)的瞬時(shí)相位為:二 t = arctg及txt(43)頻率調(diào)制信號(hào)為:吧)=丑9-2

9、%(44)出 dt用希爾伯特變換進(jìn)行數(shù)字解調(diào)的原理扣留4.2所示.圖4.2希爾伯特變換進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)的原理框圖4、希爾伯特變換的計(jì)算方法由上式可知,實(shí)信號(hào)x(t)的希爾伯特變換?t )定義為:2t =hxt 1:x-d =x 1 二d(45)二-t式中h弘 康示對(duì)括號(hào)內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行希爾伯特變換。即x(t )的希爾伯特變換是x(t)與1/nd的卷積。又由于1/nd的傅立葉變換為:f -jxsign (f )(46)色t其中sign為符號(hào)函數(shù),表示為(47)f 0 signalf a-1f x(f )(48)_m即利傅立葉變換是信號(hào)x(t)在頻域作相移,在正頻內(nèi)延遲n/2,在負(fù)頻域內(nèi)超前冗/2。因此,

10、計(jì)算信號(hào)的希爾伯特變換,可采用對(duì)應(yīng)的頻域移相法,其具體步驟如下:1)對(duì) x(t)作 fft 得 x (f);2) 對(duì)x (f)移相得*;對(duì)霓(f)作逆fft得xt)二、利用包絡(luò)原理診斷滾動(dòng)軸承故障滾動(dòng)軸承產(chǎn)生表面剝落時(shí),會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng),這種沖擊振動(dòng)從性質(zhì)上可分成兩類(lèi)。第一類(lèi)沖擊振動(dòng)是由于軸承元件的缺陷在運(yùn)行中受到反復(fù)沖擊 而產(chǎn)生的低頻脈動(dòng),稱為軸承的“通過(guò)振動(dòng)”。具發(fā)生周期是有規(guī)律 的,可以從軸承的轉(zhuǎn)速和軸承零件的尺寸求得。例如,在軸承零件的 整個(gè)圓周上發(fā)生了一處剝落時(shí),沖擊振動(dòng)發(fā)生的間隔頻率(又稱為通過(guò)頻率)會(huì)因剝落的位置不同而不同。滾動(dòng)軸承的通過(guò)頻率范圍一般在1khz以下.是滾動(dòng)軸承故障的

11、重要信息特征之一。但某些機(jī)械中 由于在這一頻帶中的噪聲,特別是流體動(dòng)力噪聲的干擾較大,因而信 噪比較差。第二類(lèi)沖擊振動(dòng)是固有振動(dòng)。 根據(jù)頻帶不同,在滾動(dòng)軸承故障診 斷中,可以加以利用的固有振動(dòng)有二種:1)軸承外圈一階徑向固有振動(dòng),具頻帶在 l 8khz范圍內(nèi),在 諸如軸承壽命試驗(yàn)機(jī)、離心泵、風(fēng)機(jī)這類(lèi)簡(jiǎn)單機(jī)械的滾動(dòng)軸承故障診 斷中,這是一種既可靠又經(jīng)濟(jì)的診斷信息。2)軸承其它元件的固有振動(dòng)。具頻帶在2060khz范圍內(nèi),能避 開(kāi)流體動(dòng)力噪聲,信噪比高。由于各種固有頻率只取決于元件的材料、外形和質(zhì)量,與轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)頻率無(wú)關(guān),一旦軸承元件出現(xiàn)表面剝落就會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊, 從而激 發(fā)起各種固有振動(dòng),所以通過(guò)

12、查找這些固有振動(dòng)當(dāng)中的某一種是否出 現(xiàn),是診斷軸承元件表面剝落故障的極好判據(jù)。利用軸承的各通過(guò)頻率對(duì)軸承元件的固有振動(dòng)頻率的調(diào)制現(xiàn)象, 通過(guò)包絡(luò)解調(diào)原理判斷軸承故障。對(duì)于正常軸承,其振動(dòng)加速度的頻率成分多集中在 800hz以下的 低頻范圍,800hz以上頻率峰值很低,幾乎可以忽略;軸承出現(xiàn)疲勞 之后800hz以下頻帶內(nèi)的變化并不十分顯著,但在 1500 3000hz 的頻帶內(nèi)出現(xiàn)大量峰群,此峰群的中心頻率與軸承外圈及其外殼形成 的振動(dòng)系統(tǒng)的一階徑向固有振動(dòng)有關(guān);且不同元件疲勞時(shí)激起中心頻 率有著一定的差別,如外圈疲勞的特征頻率為2300hz;鋼球疲勞的 特征頻率為2200hz;內(nèi)圈疲勞的特征頻

13、率為 2100hz。(軸承在安裝 在軸和軸承箱中由于受到約束使固有頻率比自由狀態(tài)下的頻率有所 增大)三、利用希爾伯特變換解調(diào)法對(duì)齒根疲勞裂紋進(jìn)行診斷在齒輪傳動(dòng)中,由于轉(zhuǎn)速的變化或輪齒等分不均勻會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)信 號(hào)的調(diào)頻現(xiàn)象,而實(shí)際上齒輪傳動(dòng)中調(diào)頻和調(diào)幅是同時(shí)存在的。 當(dāng)然 與齒輪相連接的機(jī)械部件慣性越大, 相對(duì)調(diào)幅而言調(diào)頻就不顯著。速 度波動(dòng)小.邊頻的數(shù)目就少。齒面波度誤差、相鄰周節(jié)誤差、齒面載 荷不均勻等等都可能產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象。 當(dāng)齒輪根部產(chǎn)生裂紋時(shí),同樣會(huì) 產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象。這時(shí),可根據(jù)希爾伯特變換解調(diào)求出具幅值、相位特 性,對(duì)裂紋故障進(jìn)行診斷。四、包絡(luò)線分析原理:實(shí)際工程中,有時(shí)檢測(cè)得到的信號(hào)波形

14、雖然比較復(fù)雜,但其包絡(luò) 線卻有一定的規(guī)律或趨向。此時(shí)利用包絡(luò)線分析辦法可以對(duì)信號(hào)高頻 成分的低頻待征或低頻率事件作更詳細(xì)的分析。 例如有缺陷的齒輪在 嚙合中存在低頻、低振幅所激發(fā)的高頻、高振幅共振,對(duì)此進(jìn)行包絡(luò) 線分析可以對(duì)缺陷作出恰當(dāng)?shù)呐袛?。由于包絡(luò)線組成波形的頻率、幅值及其單頻相位角不同、其合成 波形的包絡(luò)線也不同。這里以圖435所示的波形為例介紹包絡(luò)線的一般分析方法。由于圖4-35中,上下包絡(luò)線之間的間距稱為包絡(luò)帶寬,最大帶 寬等于兩組成波振幅之和,最小帶寬為兩組成波振幅之差。圖4- 35中包絡(luò)線帶寬呈周期性變化,具變化頻率稱為拍頻,記為fb,即1/又。拍的最大幅值處稱為腹部,最小振幅處

15、稱為腰部。其中拍的腹部由兩組成波的瞬時(shí)間同相產(chǎn)生, 腰部是由兩組成波的瞬 間反相產(chǎn)生。拍的腹部和腹部相鄰波峰或波谷的距離l腹和l腰決定于兩 組成波的頻率關(guān)系。若令大幅值波頻率為 f主,小幅值波頻率為f次, 則l腰l腹時(shí),心屋;1腰1腹時(shí),f次f主。圖4-35兩種相近頻率合成的拍波采用包絡(luò)線分析信號(hào),可按以下步驟進(jìn)行:(1)檢查信號(hào)波形形狀和變化規(guī)律,作出上、下包絡(luò)線,其中包絡(luò) 線變化頻率代表低頻分量,包絡(luò)線內(nèi)的波形為高頻分量。當(dāng)包絡(luò)不呈 現(xiàn)周期性變化時(shí),應(yīng)對(duì)包絡(luò)線作進(jìn)一步的分析。(2)從包絡(luò)線帶寬中計(jì)算出高頻分量的峰峰值。(3)當(dāng)上、下包絡(luò)線形狀和相位不一致時(shí),可以通過(guò)每個(gè)峰谷中點(diǎn) 線作出包絡(luò)

16、中線,如圖436所示。包絡(luò)中線變化周期代表低頻分量。 線包絡(luò)線中線不呈周期性變化,應(yīng)對(duì)包絡(luò)中線再作進(jìn)一步分析。(4)上下包絡(luò)線近似為簡(jiǎn)諧波,但其間的高頻分量成拍波時(shí),確定腹和腰的位置及其上下包絡(luò)線間的距離,并量出腹、腰處相鄰波峰的間距l(xiāng)腹和l腰、拍波周期又,計(jì)算出合成波頻率 九。(5)當(dāng)fb = f主時(shí),主波峰峰值由包絡(luò)線最大帶寬與最小帶寬之 和的一半來(lái)計(jì)算。(6)拍波分解出來(lái)的次要分量的頻率,當(dāng)l腹 l腰時(shí),f次 f主,f次 =1+ fb;當(dāng)l腹 l腰時(shí),f次 f主,f= f次+ fb。次要分量的振動(dòng)波 形峰值等于最大帶寬與最小帶寬之差的一半。(7)在一個(gè)完整循環(huán)內(nèi)僅有一個(gè)拍時(shí),則兩個(gè)分量的

17、頻率差為1,如圖4 37中a+ b;若有兩個(gè)拍時(shí),則兩頻率分量的頻率差為2,如圖437中a+c; 其余類(lèi)推,即在一個(gè)完整循環(huán)內(nèi)包含的拍波數(shù)與兩頻率分量的頻率差 值相等。圖4-36包絡(luò)中線圖4-37完整循環(huán)內(nèi)多個(gè)拍波的分析other sources of ultrasonicfrequenciescavitation 氣穴現(xiàn)象high pressure st turbulence (液體 liquids and air. r u b b i ng. (seal s , etc.)eam and a i r fl或氣體的)紊亂rotors, beltso w .湍流 inguards發(fā), 勵(lì) 磁

18、.固 有 的 i n t h ei m p a c t excitation 激(looseness o r i nherentelectrical a r c i ng 弧overall gse displaygse spectrumdisplay包絡(luò)解調(diào)原理: 故障所引起的低頻(通常是數(shù)百 hz以內(nèi))沖擊脈沖激起了高頻(數(shù)十倍于沖擊頻率)共振波形,對(duì)它進(jìn)行包絡(luò)、檢波、低通濾波(即解調(diào)),會(huì)獲得一個(gè)對(duì)應(yīng) 于低頻沖擊的而又放大并展寬的共振解調(diào)波形。4溪正誨就信圣中希微36臍沖u心諷制陽(yáng)餡粉詣包絡(luò)解調(diào)的優(yōu)點(diǎn):1)剔除了低頻振動(dòng)干擾2)含有未知的故障信息(即s/nt)對(duì)于共振解調(diào)波后續(xù)處理方法不同,可分為spmk ifd法1) spmt:它是應(yīng)用共振解調(diào)波的幅值來(lái)進(jìn)行診斷。共振解調(diào)波通過(guò)峰值檢波、平均、保持、測(cè)得沖擊量值s

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論