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）

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1、机电设备故障诊断重点实验室张建宇2011-10-31EquipmentFaultDiagnostics12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：233.2.1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3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4(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53.2

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。6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7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8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9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10故障信号幅值

3、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11实例2：轴承故障仿真信号3.2.2故障信号的频域描述12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131.28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14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153.2.3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

4、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：163.2.3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173.2.3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

5、，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。18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193.2.4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20fLfH原始频谱移频滤波重采样+反移频3.2.4细化谱分析21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

6、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22例1、内圈故障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23例2、滚动体故障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24