[发明专利]基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法

权利要求书

1.基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安装轴角编码器来提取齿轮箱系统的运行状态信号，安装方式分为两种，一是在齿轮箱的输入轴和输出轴分别安装编码器，称之为双轴编码器信息获取方式；二是仅在齿轮箱的输出轴安装编码器，称之为输出单轴编码器信息获取方式；

2)通过编码器采集齿轮箱系统轴角编码器转角信号x_i(n),n为采样点数，i为信号编号，转角信号实时辨识齿轮箱系统的运行状态，并提供其动态运行特征参数；

3)对转角信号x_i(n)进行预处理，即将采集的信号进行去均值处理：

Xi(n)=xi(n)-xi‾(n)---(1)]]>

式中：X_i(n)为预处理后的信号；x_i(n)为原始信号；为原始信号均值；

4)寻找转角信号中方波周期的参考点，首先在预处理后的编码器转角信号X_i(n)中寻找过零点，即满足式(2)条件的点，然后将满足条件的X_i(n)或者X_i(n+1)点设为方波周期计算的参考点O_i(n),n为参考点的个数，i为信号的编号，

X_i(n)*X_i(n+1)＜0，n＝1，2，…，N；(2)

式中：X_i(n)为预处理后的信号，n代表预处理后的信号点数；

5)统计信号中的每个方波周期时序长度，每个方波的周期T包括了3个参考点，分别取O_i(n)，n＝1，3，5…，N-1为每个方波的起点,取O_i(n)，n＝3，5，7…，N为方波的终点，从起点到终点为一个方波信号；

6)根据每个方波的周期数重构周期波动时间序列，统计预处理后的编码器转角信号X_i(n)中所有方波周期信号中的点数时序：

s_i(n)＝O_i(n+1)-O_i(n)，n＝1，3，5，…，N-1；(3)

式中：s_i(n)为周期波动信号；O_i(n)为计算参考点，

在式(3)中将一个方波信号的终止点序数减去其起始点序数，得到该方波信号的采样点数，故方波周期时序s_i(n)代表了信号中方波周期的变化；

7)计算周期变化时间序列信号的频谱S(n)，其中，周期变化时间序列的采样频率f_r为

fr=fsNrN---(4)]]>

式中：f_s为采样频率；N为原始数据长度；N_r为重构周期波动时序长度，

S(k)=Σn=0N-1s(n)WNkn,k=0,1,...,N-1---(5)]]>

式中：S(k)为周期时序的频谱；s(n)为周期波动信号，

8)根据输入轴转速以及齿轮箱的结构计算故障齿轮的特征频率成分,当在频谱S(n)存在故障特征分量及其高次谐波时，则视为齿轮箱发生了断齿故障。