[发明专利]一种采用时频切片技术提取旋转机械转子轴心轨迹的方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设备振动信号处理与故障特征提取技术领域，具体涉及一种采用时频切片技术提取旋转机械转子轴心轨迹的方法。

背景技术

旋转机械的转子轴心轨迹是转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹，通过在转子的同一横截面上设置2个相互垂直的传感器来测取振动位移，2个方向上的振动位移确定了该截面上轴心的振动漂移位置，随着转子的转动构成了轴心的轨迹。轴心轨迹包含了丰富的故障信息，它的形状是判断设备运行状态是否正常的一个重要的依据。通常现场获取的振动信号含有噪声，干扰较大，合成的轴心轨迹杂乱无章，妨碍了对设备状态分析的有效性。为了清楚地观察轴心轨迹，2个方向的振动信号需要经过消除噪声处理后，再进行拟合形成轴心轨迹。

常用的方法如下：

(1)用高通滤波器滤除振动信号中的直流分量以便于观察轴心轨迹。

(2)若需要同时了解轴心的轨迹及位置，还需用低通滤波器滤除振动信号中的高频分量。

(3)单频轴心轨迹分解，它可以有效地突出所关注的信号分量。

目前，对轴心轨迹提取的方法有数字滤波及小波变换等。文献^[1]采用傅里叶变换提取各阶频率分量的方法合成^[1]，2路振动信号分别用傅里叶变换进行分析得到信号的幅频谱，用幅频谱选频，把信号分量简化为谐波分量，合成单频轴心轨迹分量图。采用离散小波变换和离散小波包变换提取轴心轨迹利用小波降噪方法，首先用小波变换把振动信号分解到不同的频带上，以获得不同频带上的振动信号的分量，然后只选取若干频带重构信号实现信号的滤波，用重构信号合成轴心轨迹。离散小波变换和离散小波包变换依赖小波基函数，选用不同的小波基函数其效果有差异；另外，二者按频带分解信号，如果需要获得单一频率成分的信号分量，必须增加分解层数，而增加分解层数，分解频带内的数据量减少，难以有效地表达信号的真实特征，因此，通常采用有限的分解层数，这样一个频带内含往往有多种成分的信号分量，不能理想地获取单频轴心轨迹；其次，即使采用正交小波，也存在分解频带间交叠的交叠问题，也使获取单频轴心轨迹困难^[2，3]。大多数连续小波变换提供的是时间尺度分解信息，无法提取轴心轨迹所需的单频分量。谐波小波包变换的分析采用等采样点数的任意频带无能量泄漏分解的方法，该方法具有小波分析的窗口伸缩功能，由谐波窗分解得到的频域特征信号可以较好地重构所提取频带原始时域特征信号，可得到较理想的轴心轨迹，但是，实际应用中对于特定频带的选择直接影响轴心轨迹的形状^[4，5，6]。

另外，根据旋转机械振动信号的特点，采用数学形态滤波器也可以提取轴心轨迹，利用数学形态学构成低通滤波器，对振动信号去噪及强化处理，消除信号噪声，然后重构出轴心轨迹。此种方法构造滤波时需要对待处理信号的局部形状特征有清楚的了解，实际应用受到一定的限制^[7]。

以下是申请人检索的相关文献：

【1】杨昌棋，秦树人，汤宝平，基于FFT的虚拟式轴心轨迹分析仪，振动，测试与诊断，2000，20(s)：138～142。

【2】杨建国，夏松波，刘永光，须根法，小波降噪在轴心轨迹特征提取中的应用[J].哈尔滨工业大学学报，1999，31(5)：52～54。

【3】韩吉，蒋东翔，倪维斗，王风雨，利用最优小波包提取轴心轨迹故障特征[J].汽轮机技术，2001，43(3)：133～136。

【4】张文斌，周晓军，杨先勇，林勇，沈路，基于谐波窗方法的转子轴心轨迹提纯[J]，振动与冲击，2009，28(8)：74～77。

【5】李舜酩，谐波小波包方法及其对转子亚频轴心轨迹的提取，机械工程学报[J]，2004，40(9)：133～137。

【6】李方，李友荣，王志刚，应用广义谐波小波提纯转子轴心轨迹，振动、测试与诊断[J]，2008，28(1)：55～57。

【7】安连锁，胡爱军，唐贵基，向玲，采用数学形态滤波器的轴心轨迹提纯，动力工程，2005，25(4)：550～553，586。

发明内容

针对目前旋转机械转子轴心轨迹提取存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种采用时频切片技术提取旋转机械转子轴心轨迹的方法，该方法不需要了解信号的局部特征，解决了小波变换方法以某一频带或多个频带的分量信号合成轴心轨迹不足，能够消除实际工程应用中小波分解频带选择不当对轴心轨迹影响。

为了实现上述任务，本发明采用的技术方案如下：