故障信號(hào)采樣長(zhǎng)度、時(shí)間間隔和頻率的關(guān)系袁中文1.問(wèn)題動(dòng)態(tài)信號(hào)中

1、3)故障信號(hào)采樣長(zhǎng)度、時(shí)間間隔和頻率的關(guān)系袁中文問(wèn)1題動(dòng)態(tài)信號(hào)中蘊(yùn)含著設(shè)備的狀態(tài)變化和故障特征的豐富信息，采集信號(hào)的準(zhǔn)確和真實(shí)與否直接關(guān)系到進(jìn)一步診斷設(shè)備故障原因和采取的措施。工程領(lǐng)域的各種信號(hào)隨時(shí)間的變化表現(xiàn)為多種形式，如簡(jiǎn)諧的、周期的、瞬態(tài)的、隨機(jī)的等等，這些被檢測(cè)的信號(hào)由于系統(tǒng)傳遞路徑、環(huán)境噪聲的影響和各種機(jī)械元件的聯(lián)合作用，構(gòu)成信號(hào)的成分很復(fù)雜。同一個(gè)故障狀態(tài)可能由于采樣的時(shí)間和長(zhǎng)度的不同，得出大相徑庭的結(jié)論，會(huì)對(duì)設(shè)備的檢修造成不同的結(jié)果。原2因在采樣過(guò)程中合理確定間隔和長(zhǎng)度，是保證采樣得到的數(shù)字信號(hào)能夠真實(shí)反映原信號(hào)的基本條件。如果采樣間隔取得大，則采樣頻率低，當(dāng)?shù)陀谒治鲂盘?hào)的最高

2、頻率的二倍時(shí)，就會(huì)引起“頻率混淆”現(xiàn)象，使得原信號(hào)中的頻率成分出現(xiàn)在數(shù)字信號(hào)中完全不同的頻率處，造成信號(hào)的失真。圖示出了原始信號(hào)中的最高頻率與采樣頻率之間的關(guān)系。從圖中看出，當(dāng)采樣頻率大于二倍最高分析頻率時(shí)，采樣結(jié)果均能反映原始波形中的最高頻率成分，即采樣頻率應(yīng)滿足條件：三（）式中稱為奈奎斯特（）采樣頻率。如果f（2）因此，采樣長(zhǎng)度不能取得太短，否則進(jìn)行頻率分析時(shí)，在頻率軸上的頻率間隔太大，頻率分辨率太低，一些低頻成分就分析不出來(lái)。另外，采樣長(zhǎng)度與采樣點(diǎn)數(shù)采樣時(shí)間間隔成正比，即：3)如果采樣長(zhǎng)度取得較長(zhǎng)，雖然頻率分辨率得到了提高，但在不變的情況下，采樣點(diǎn)數(shù)增多，使計(jì)算機(jī)的工作量增大；當(dāng)不變時(shí)，

3、則采樣的時(shí)間間隔增大，采樣頻率降低，所能分析的最高頻率也隨之降低，因此需要綜合考慮采樣長(zhǎng)度、采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率的關(guān)系問(wèn)題。在一般信號(hào)分析儀中，采樣點(diǎn)數(shù)是固定的，取為=2565121024204點(diǎn)幾個(gè)檔次，各檔分析頻率范圍取決于采樣頻率的高低，即：TOC o 1-5 h z=2.5=12.甌4則在頻率軸上的頻率間隔為：=1/1=2.56=(110012001400100(5)頻譜圖上的線條數(shù)為：n=f/f=N/2=.15060，200，400，800(6)對(duì)于一臺(tái)具體的分析儀器，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)或譜線條數(shù)固定后，它的頻率分析范圍取決于采樣間隔或采樣頻率；最低分析頻率取決于采樣長(zhǎng)度或頻率分辨率。例如，某

4、臺(tái)分析儀器的采樣點(diǎn)數(shù)為=1024，采樣時(shí)間間隔=0.4，采樣長(zhǎng)度為=0.4(實(shí)際為0.406，則可分析的頻率范圍為=12.6=(2.56X0.4X10)Q1；最低的分析頻率為=12.6c1=(2.56X0.4)Q1；在頻率軸上的頻率間隔為=1=(1024X0.4X10)=2.44。某些場(chǎng)合，如分析齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)，既要求高的分析頻率，又要求具有較高的頻率分辨率(即較小)，這對(duì)一般動(dòng)態(tài)分析儀是難以實(shí)現(xiàn)的，為此可采用頻率細(xì)化()技術(shù)，對(duì)感興趣的頻段提高它的頻率分辨率，用以確定在高頻段內(nèi)具體的某些間隔頻率很小的頻率成分。即所謂的“局部頻率擴(kuò)展”。經(jīng)過(guò)細(xì)化處理后的頻譜，在感興趣的頻段內(nèi)具有很高的分辨率

5、，仔細(xì)觀察可以得出一些在標(biāo)準(zhǔn)譜上得不到的故障信號(hào)。例如：美國(guó)石油化工公司用以拖動(dòng)一臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的齒輪減速箱，其輸人軸與輸出軸呈直角布置，輸人軸轉(zhuǎn)速為1200m輸出軸轉(zhuǎn)速為52.m中間經(jīng)過(guò)二級(jí)減速。減速箱已運(yùn)行1個(gè)月，在輸入軸一端產(chǎn)生很高幅度的振動(dòng)。對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到圖2所示的時(shí)域和頻域圖。圖2為強(qiáng)烈震動(dòng)前的原始頻譜，譜圖上主要是輸人軸小齒輪的嚙合頻率及其倍頻成分。圖2為故障狀態(tài)的頻譜，3)得到圖所示的細(xì)化譜，它清晰地顯示出的頻率間隔，此即輸人的轉(zhuǎn)速頻率，也就是得到圖所示的細(xì)化譜，它清晰地顯示出的頻率間隔，此即輸人的轉(zhuǎn)速頻率，也就是頻段內(nèi)的邊頻進(jìn)行細(xì)化處理,頻段內(nèi)的邊頻進(jìn)行細(xì)化處理,3)

6、說(shuō)嚙合頻率為轉(zhuǎn)速頻率所調(diào)制。根據(jù)邊帶形狀特征，初步懷疑是高速軸上的小齒輪發(fā)生了斷齒。然后又從時(shí)域信號(hào)上進(jìn)行觀察，得到圖所示的波形圖，圖中顯示了小齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周有一個(gè)脈沖信號(hào)，表明小齒輪有一斷齒或發(fā)生局部故障的跡象，停機(jī)打開(kāi)齒輪箱檢查，證實(shí)了這一判斷。總4結(jié)綜上所述，采集信號(hào)的時(shí)間間隔和長(zhǎng)度，對(duì)得出的結(jié)論正確與否有直接影響。對(duì)一故障信息采取何種間隔和長(zhǎng)度，目前沒(méi)有定論，只能根據(jù)機(jī)器的狀態(tài)、種類、故障表現(xiàn)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)做出決定。結(jié)合細(xì)化譜分析，可以提高判斷的準(zhǔn)確率。如果在缺乏先進(jìn)儀器細(xì)化功能的情況下，常規(guī)儀器不能準(zhǔn)確決斷，只能先對(duì)頻率進(jìn)行分段，在不同的頻率段采用不同的間隔和長(zhǎng)度，加大采樣量以提高采樣的精確度，從而降低誤判率。這當(dāng)然會(huì)加大工作量，如果經(jīng)驗(yàn)豐富，直接對(duì)相關(guān)頻率段進(jìn)行采樣，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整采樣時(shí)間間隔和長(zhǎng)度，可以減少一部分不必要的工作量。參考文獻(xiàn)8年9寇惠8年9梁德2梁德2佩機(jī)械參量動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)重慶大學(xué)出