[发明专利]一种基于包络提取的高精度无键相信号阶次跟踪方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于包络提取的高精度无键相信号阶次跟踪方法及系统，本发明通过加速度传感器采集齿轮箱原始振动信号；对原始信号进行低通滤波得到滤波后信号；对滤波后信号进行降采样；对降采样信号进行包络提取得到包络信号；根据包络信号使用短时傅里叶变换计算其时频分布；通过阈值处理对时频分布进行脊提取，得到处理后的时频分布；使用瞬时频率估计对处理后的时频图进行脊线提取得到瞬时频率曲线；在提取到的多条瞬时频率曲线中选出一条完整的瞬时频率曲线重构键相信号；使用重构的键相信号对原始信号进行阶次跟踪，得到角域信号；对角域信号进行谱分析得到原始信号阶次谱。本发明能够在变转速工况且无法采集键相信号情况下进行阶次跟踪。

技术领域

本发明涉及一种基于包络提取的高精度无键相信号阶次跟踪方法及系统，属于故障诊断技术与信号处理分析技术领域。

背景技术

传统的阶次齿轮箱故障信号特征提取针对的是恒定转速运转下的测试信号，但对于工程机械等现代大型复杂机械装备中，恶劣的工作环境导致其运行工况复杂，转速和负荷等工况参数的变化将导致其振动信号具有明显的非平稳性，因此其采集的振动信号不直接满足傅里叶变换的平稳性要求。针对此问题出现了阶次跟踪方法，阶次跟踪方法是针对旋转机械非平稳工况下的一种避免频谱分析产生频率模糊现象的技术，其通过对振动信号进行等角度重采样将其转换为角域准平稳信号，满足傅里叶变换对信号的平稳性要求，因此采用阶次分析对于非平稳工况更有优势。

传统的阶次跟踪方法的具体实现，首先通过对振动信号和转速脉冲信号进行同步采样，再通过转速脉冲信号作为键相时标信号，对振动信号进行等角度间隔重采样转换为准平稳信号，对所得的准平稳信号进行频谱分析得到阶次谱。但在一些情况下，例如齿轮箱无法拆卸，或机械结构安装紧凑无法安装采集键相脉冲信号的传感器，这样就很难进行阶次跟踪，无法实现变转速工况下的角域重采样，导致难以实现齿轮箱的故障特征提取。因此，研究无键相信号的阶次跟踪对于实现变转速工况且无法采集键相信号情况下的齿轮箱故障特征提取有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于包络提取的高精度无键相信号阶次跟踪方法及系统，以用于获得无法采集键相信号情况下的阶次谱。

本发明的技术方案是：一种基于包络提取的高精度无键相信号阶次跟踪方法，包括：

信号采集步骤：通过加速度传感器采集齿轮箱原始振动信号；

高精度提取步骤：对原始信号进行低通滤波得到滤波后信号；对滤波后信号进行降采样；对降采样信号进行包络提取得到包络信号；根据包络信号使用短时傅里叶变换计算其时频分布；通过阈值处理对时频分布进行脊提取，得到处理后的时频分布；使用瞬时频率估计对处理后的时频图进行脊线提取得到瞬时频率曲线；

阶次跟踪步骤：在提取到的多条瞬时频率曲线中选出一条完整的瞬时频率曲线重构键相信号；使用重构的键相信号对原始信号进行阶次跟踪，得到角域信号；对角域信号进行谱分析得到原始信号阶次谱。

所述信号采集步骤的具体如下：

将加速度传感器安装在齿轮箱的箱体上，通过加速度传感器采集齿轮箱原始振动信号。

一种基于包络提取的高精度无键相信号阶次跟踪系统，包括：

信号采集装置：用于通过加速度传感器采集齿轮箱原始振动信号；

高精度提取装置：用于对原始信号进行低通滤波得到滤波后信号；用于对滤波后信号进行降采样；用于对降采样信号进行包络提取得到包络信号；用于根据包络信号使用短时傅里叶变换计算其时频分布；用于通过阈值处理对时频分布进行脊提取，得到处理后的时频分布；用于使用瞬时频率估计对处理后的时频图进行脊线提取得到瞬时频率曲线；