[发明专利]一种门座式起重机微弱振动信号的幅值检测方法

说明书

本发明涉及一种门座式起重机微弱振动信号的幅值检测方法。该方法通过将原始振动信号的数字信号输入差分振子系统通过差分振子相图归一化后判断信号中有待检测频率信号后，通过添加一个与待检测频率相同频率的逆向信号，确定微弱振动信号的相位，然后添加另一与待检测频率相同频率、与该微弱信号的相位相同相位的逆向信号，确定微弱振动信号的幅值，从而确定了微弱振动信号的待检测频率的精确幅值。本发明克服了现有差分振子检测微弱信号时无法定量表征幅值的缺陷。

技术领域

本发明属于港口设备门座式起重机故障诊断技术领域，特别是涉及一种门座式起重机微弱振动信号的幅值检测方法。

背景技术

在门座式起重机关键部件(如提升机构、变幅机构和旋转机构等)发生早期故障时，其振动信号中的有效成分异常微弱，常淹没于强烈的背景噪声和起重机不规则振动中。因此，如何从强噪声背景下检测出有效的微弱信号特征信息，已成为门座式起重机早期故障诊断的关键问题之一。总体而言，目前微弱信号检测主要集中在两大方向：一是利用信号处理的方法对噪声进行抑制或消除，如小波分析、自适应分解、高阶谱等等。然而，当噪声频率与信号频率相等或相接近时，在抑制噪声的同时有用信号不可避免的受到损害，这极大地影响微弱信号特征的提取效果；二是利用某些非线性系统自身的特性对微弱信号进行检测，目前应用较多的非线性方法有随机共振法、混沌振子法和差分振子法等，其中混沌振子和差分振子适用于检测频率已知的场合，而随机共振适用于检测频率未知的情况。

随机共振系统就是一个非线性双稳系统，它突出了信号、噪声及非线性系统三者之间的某种最佳匹配和协同作用，其本质是输入信号与噪声的协作效应，是噪声能量转化为信号能量的结果。混沌振子利用非线性系统对初始条件的敏感性，依据相平面轨迹是否能从混沌状态跃变到大尺度周期状态来判断待检测频率的存在与否。差分振子和混沌振子均是利用非线性动力系统对初值的敏感性及对噪声免疫力进行微弱信号检测。但混沌振子法需要解一个非线性微分方程，必须进行大量的数值积分运算,因此妨碍了它在在线监测中的应用，而差分振子法只需解一个差分方程组,运算量较混沌振子法小很多。

差分振子法作为一种可视化的检测方法，差分方程构造检测器，确定系统激励频率f_e及检测频率f_d，通过辨识差分振子输出相图的状态来判定输入的测试信号中是否存在待检测频率。若差分振子相图收敛于极环，则说明待检测信号中存在待检测频率f_d。若差分振子相图收敛于极点，则说明待检测信号中不存在待检测频率f_d或待检测信号噪声过于强烈，差分振子系统无法检测出待检测信号中是否存在待检测频率f_d。

然而，目前基于差分振子的微弱信号检测主要集中于利用差分振子相图的差异检测特有频率成分的有无，或利用相图的大小定性表征微弱信号幅值的大小，而无法对所包含的微弱信号的幅值进行定量检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种门座式起重机早期故障微弱振动信号的幅值检测方法，该方法通过添加与微弱振动信号相同频率、完全反相的逆向信号实现微弱周期信号的逆向幅值精确检测，克服了现有差分振子检测微弱信号时无法定量表征幅值的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种门座式起重机微弱振动信号的幅值检测方法，包括以下步骤：

1)将采集的门座式起重机的原始振动信号的数字信号输入预先建立的差分振子系统，绘制差分振子相图；

2)将上述差分振子相图归一化处理，判断原始振动信号中是否有待检测频率信号；