[发明专利]一种基于Walsh变换与Teager能量算子的轴承故障诊断方法

说明书

本发明属于机械设备故障诊断领域，本发明公开了一种基于Walsh变换与Teager能量算子的滚动轴承故障诊断方法，其具体内容如下：首先将加速度传感器固定在被测轴承座上，并把加速度传感器与数据采集仪连接来获取轴承振动信号，然后进行轴承故障诊断，通过对信号进行Walsh变换消噪；以及用Teager能量算子解调提取故障特征；并与理论计算值对比定位识别出轴承故障类型。本发明是以振动信号为研究对象，将Walsh变换消噪与Teager能量算子解调相结合，提出了一种新的轴承故障诊断方法。本发明能有效的诊断滚动轴承的故障类型，具有诊断准确率高的优点。

技术领域

本发明属于机械设备故障诊断技术领域，尤其是一种基于Walsh变换与 Teager能量算子的轴承故障诊断方法。

背景技术

现代化工业生产条件下，机械设备的结构愈发精细，自动化水平越来越高，运行的工况日趋复杂，人们对机械设备的要求也越来越严。滚动轴承是机器中的重要零件，它广泛应用于化工、冶金、电力、航天等各个重要部门。

滚动轴承同时也是最容易损坏的元件之一，据统计，轴承故障占旋转机械设备故障的百分之四十之多。现阶段应对轴承故障的主要措施是按照设计寿命对轴承进行定期维修，一方面对超过设计寿命而完好工作的轴承拆下来作为报废处理，造成浪费；另一方面，未达到设计寿命而出现故障的轴承未到维修时间就出现严重故障，导致整个机器停止运转。由此看来，对滚动轴承来说定时维修是很不科学的，对滚动轴承进行状态监测，可以减少或杜绝事故发生，节约开支。但在对滚动轴承状态监测过程中，实际获取的振动信号往往存在环境噪声大和故障特征微弱的特点，不利于进行快速准确的故障诊断。因此，削弱轴承振动信号的环境噪声并增强故障特征，具有十分重要的意义。

小波变换是近几年来一种新的变换分析方法，它继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，小波变换可以更好的观察信号的局部特性，可以同时观察信号的时间和频率信息，这是傅里叶变换达不到的。但使用小波变换抑制噪声往往会在处理低信噪比信号时导致振荡效应，同时在进行小波变换时需要手动选择适合的小波，这样对实际工程问题的处理上大大增加了所需的时间。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于Walsh变换与Teager能量算子的滚动轴承故障诊断方法，其通过简单的振动信号测量，采用Walsh变换消噪与Teager能量算子解调相结合的方法来削弱环境噪声并增强故障特征，实现快速有效的滚动轴承故障诊断。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于Walsh变换与 Teager能量算子的轴承故障诊断方法，其特征在于，包括以下内容：将加速度传感器固定在测试轴承座上，加速度传感器输出端与AVANT-MI-7016多通道数据采集仪连接，采集仪将采集到的数据传送给计算机，用计算机对信号进行Walsh变换消噪、Teager能量算子解调提取故障特征，并与理论计算值对比定位识别出轴承故障类型；具体操作步骤如下：

(1)采集原始信号，采用加速度传感器和16通道数据采集仪采集数据，并将测得数据结果实时传入计算机中；

(2)将得到的实时数据进行Walsh变换消噪处理；Walsh变换消噪方法为：

首先将原始信号用Walsh变换进行处理，得到一系列由方波构成的Walsh系数，所用变换公式为：

式(1)中，f_n为原始信号，A_n为Walsh系数，N为信号长度，ψ(n,t)为 Rademacher方程，其定义为：

φ(n+1,x)＝Sgn(sin2π2ⁿx),n＝0,1,2,...0≤x＜1 (4)

式(4)中，Sgn为阶跃函数，其定义为：