[发明专利]一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法

说明书

本发明公开了一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法。所述方法包括：采集齿轮箱故障时的振动加速度信号；进行带通滤波，得到以啮合频率为中心、以故障齿轮的转频及倍频为边频带的故障调制信号；对故障调制信号进行离散频谱校正，获取准确啮合频率和准确故障齿轮转频；对调制信号平方解调，根据平方解调谱确定幅值调制的阶次，并构建幅值调制的目标数学模型；建立故障调制信号的希尔伯特包络与目标数学模型的希尔伯特包络相等的目标函数；利用基于信赖域反射的最小二乘优化算法求解幅值调制参数，得到准确的调幅信号。本发明在幅值欠调制、过调制的情况下均可以实现幅值调制信号的调幅参数的量化求解，求解精度高且具有良好的抗噪性。

技术领域

本发明属于旋转机械故障诊断和信号处理领域，具体涉及一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法。

背景技术

齿轮传动效率高、承载能力大，在汽车、船舶、航空等众多领域中应用广泛。但一般齿轮机构工作环境比较恶劣，容易发生故障，轻则影响设备使用寿命，重则引发重大财产损失和人员伤亡，所以对齿轮箱进行正确故障诊断具有重要意义。大量的研究表明，齿轮发生故障时，其啮合振动信号会出现明显的调制现象，所以精确的幅值解调是齿轮箱准确故障诊断的重要基础和前提。

常用的幅值解调方法有希尔伯特变换求包络(郑晓溪,丁康,江利旗.希尔伯特变换解调分析在故障诊断中应用的局限性研究[J].汕头大学学报(自然科学版),1999(02):3-5.)、广义检波滤波解调、平方解调(丁康,江利旗.解调分析在机械设备故障诊断中应用的三个局限性研究[J].汕头大学学报(自然科学版),2000(01):1-12.)和能量算子解调(马本栋,胡书举,孟岩峰,宋斌,吴涛.基于多小波包-能量算子解调的滚动轴承复合故障诊断[J].噪声与振动控制,2018,38(04):154-158.)等，以上解调方法均以提取调幅的频域特征为主，不能实现量化的幅值解调，即仅能诊断齿轮故障的位置，而无法诊断齿轮故障的程度。现有的利用平方幅值解调和基于调频信号与第一类贝塞尔函数关系的调幅调频信号分离新方法(X.Yang,K.Ding,G.He,Accurate separation of amplitude-modulation andphase-modulation signal and its application to gear fault diagnosis,J SoundVib,452(2019)34-50.)可以实现欠调制的调幅信号的量化解调，但当信号存在过调制时，调幅参数求解误差很大，使得剩余信号中调频成分的信噪比极差，最终导致调频成分提取失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法。将希尔伯特变换解调幅和基于信頼域反射的非线性最小二乘优化算法相结合，在幅值欠调制、过调制的情况下均可实现调制信号调幅参数的量化求解，求解精度高且具有良好的抗噪性。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法，包括以下步骤：

S1、采集齿轮箱故障时的轴承端盖测点处的振动加速度信号x(t)；

S2、在齿轮某阶啮合频率附近进行带通滤波，得到以啮合频率为中心、以故障齿轮的转频及倍频为边频带的故障调制信号x_m(t)；

S3、对故障调制信号进行离散频谱校正，获取准确啮合频率和准确故障齿轮转频；

S4、对调制信号平方解调，根据平方解调谱确定幅值调制的阶次，并构建幅值调制的目标数学模型y(t)；

S5、建立故障调制信号的希尔伯特包络与目标数学模型的希尔伯特包络相等的目标函数；

S6、利用基于信赖域反射的最小二乘优化算法求解幅值调制参数，得到准确的调幅信号。

进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：