机电系统振动信号分析技术的研究.pdf

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1、机电系统振动信号分析技术的研究李燕，魏宗信，刘军(河南农业大学机电工程学院，河南郑州450002)ResearchontheAnalyticTechnologyofVibrationSignalsofElectro——mechanicalSystemLIYan，WEIZong—xing，LIUJun(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，HenanAgricultureUniversity，Zhengzhou450002，China)摘要：阐述了振动烈度分析和非平稳信号的时的应用。这是因为机电系统的振动信号包含了

2、大量频分析。以振动烈度的计算为基础，分析了预警、报的、极其丰富的有用信息。如转子的轴线失中、动不警限的设定方法；最后论述了非平稳信号分析法中平衡、轴承的腐蚀和缺陷等，这些信息在振动信号中的短时傅立叶变换和小波变换，为不同分析法的选都会有不同的反映。振动参数比起其它状态参数能用提供了参考。更直接、快速、准确地反映机电系统的运行状态[1]。关键词：机电系统；振动信号分析方法；短时傅1机电系统振动信号分析立叶变换；小波分析中图分类号：THll3机械振动是指在机电系统运行状态下，机器上文献标识码：A某处观测点的位移量围绕其均值或相对基准随时间文章编号：1001—2257

3、(2010)02—0030—03不断变化的过程。机电系统的振动情况可分为两大Abstract：Introducedvibrationintensityand类，即稳态振动和随机振动，如图1所示。time—frequencyanalysisofnon—stationarysignal，稳态振动：周期振动：可用时间函数堇旦塑堕塑垫重复basedonthecalculationofvibrationintensity，ana～机非周期振动：械差变摹化曼范磊围翥无周期性的振动lyzedmethodofthefaultearlywarning，eventually振平稳随

4、机振动：thediscussionofshort——timeFouriertransform随机振动：统计性质与时间无关动均值和方差都andwavelettransformaregoodreferencefor是时间函数非平稳随机振动统计性质是时问函数choice．Keywords：electro—mechanicalsystems；vibra～幽1机械振动的种类和特征tionsignalanalysismethod；short—timefourier稳态振动是指在某一时间t后，其振动波形的transformation；waveletanalysis均值不变，方

5、差在一定的范围内波动，而随机振动是指信号的均值和方差都是时间的函数。稳态振动可以分为周期振动和非周期振动；随机振动可以分为0引言平稳随机振动和非平稳随机振动[2]。利用振动信号现代机电系统在功能日益强大、智能化程度不获得系统状态信息的方法主要有振动烈度分析和时频分析等L3]。断提高的同时，结构也越来越复杂，系统的故障征兆也越来越不明显。然而一旦系统发生故障便会影响2振动信号的振动烈度分析系统的正常运行，造成工业生产的破坏，带来巨大的经济损失，甚至造成人员伤亡、环境污染等重大恶性振动波形是振动振幅的瞬态值随时间延续而不事故。因此，及时掌握机电系统的状态并采取相应断

6、变化所形成的动态图像。振动烈度值，即振动速度的总均方根值，是振动信号的幅值域参数。由于的维护措施便显得十分重要。在各种状态分析方法振动烈度值主要体现机组整体振动量的大小，从而中，基于机电系统振动信号分析的方法得到了广泛反映了机组整体的工作状态；同时振动烈度值与信收稿日期：2009—09—10基金项目：河南省科技攻关资助项目(082102210111)号所含的能量关系密切，受频率变化的影响较小，并·3O·《机械与电子}2010(2)且均方根值对机组常发生的非表面损伤类故障比较用最广泛、最重要的是短时傅立叶变换和小波变换。敏感，所以常常选择振动烈度值的大小作为机组整

7、3．1短时傅立叶变换体状态故障预报的依据，并提供预知维护的信息。对于非平稳信号，为了克服傅立叶变换没有时2。1烈度值的计算方法间分辨率的缺陷，引入“局部频谱”的概念：使用一个对于模拟信号，设T为采样时间长度(s)；(￡)很窄的窗函数取出信号，并求其傅立叶变换。这样为振动速度值(ram／s)；～为振动烈度(mm／s)。的变换习惯上称作短时傅立叶变换(STFT)。r则烈度计算公式为：STFT(oJ，6)一I厂(￡)w(t——6)P一d￡(4)JR广r———一V一／寺l(￡)dt(1)STFT的反变换公式为V』J01广r速度值(￡)有以下关系：厂(f)一l}[STFT

8、(w，b)-]w(t一6