专利名称：机械振动信号全频带特征预警方法
技术领域：
本发明涉及机械状态监测与诊断的方法，尤其涉及一种机械振动信号全频 带特征预警的方法。
背景技术：
在机械领域，据统计有60% 70%的机械故障都是通过振动和有振动辐射的 噪声反映出来的，因此，相对于其他机械设备状态监测技术而言，振动监测与 诊断简便易行，常采用实测振动量级并判别该振动是否在允许的范围内以及处 于哪一级别。
判断机械设备是否存在故障及故障的程度，必须对表征机器状态的测量值 与规定的标准值进行比较。大量的实例说明，振动量值和机器的机械故障之间 存在着特殊的关联，振动值大并不表明故障必然出现。 一方面，机器出现故障 时必然会在振动上有所反映；另一方面，振动大到一定量值的机器又未必一定 发生故障。基于这种情况，前者成为振动标准的基准，后者又成为了标准制定 的难点。
在ISO机械振动标准中，大多采用振动信号全频谱总振动值OA来表征机 器的振动，
爿,2 + A2 + ... + 4
其中04 =振动信号全频总振动值 "^i^T分辨率谱线数
A,. ^每根FFT谱线幅值 NBF =汉宁窗函数噪声带参数
并规定了各类机器的振动预警门槛值，其仅仅规定了评价轴的绝对振动、轴相 对与结构部件的振动和轴承座的振动，且仅仅评估宽带振动值，没有频率分量 和相位的评价标准；其评价准则是宽带振动的幅值，另一个是考虑幅值的变化， 不管是增加还是减少。在工程实践应用中，上述标准规定的预警方法，在机械诊断中取得了较大 效果，但也存在一定的不足，主要有
1、 尽管振动信号中某个频率成分振动幅值可能超出可接受范围，但总振动 值不超标，无法及时预警，造成漏报，对早期故障不敏感。
2、 即使总振动超标，也无法知道是那些具体频率成分分量幅值超标，缺失 诊断信息，导致无法精确定位故障部位和原因。
3、原预警属于全频谱总振动单值预警，无法实现振动信号全频带任意点 或设置无数点预警。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机械振动信号全频带特征预警方 法，其即能进行总振动值超标的及时预警，也能实现某个频率成分振动幅值超 标的及时预警。
为解决上述技术问题，本发明机械振动信号全频带特征预警方法包括如下 步骤，
步骤一、振动信号的预处理，采集设备的机械振动信号，设采集的机械振动 离散信号为x("A,)，其中"=1,2....见Af为采样时间间隔， 通过快速傅里叶变换公式 S(/)= f x("AZ> —"ff/A'
/7 = 一OO
计算出振动信号的各个频率幅值，并得到;组^,y;)振动幅值和频率值；
步骤二、振动频谱数据处理，对一台设备，采集其运行状态的n组振动信号，
通过上述方法形成n组长度为lk,/;.)振动幅值和频率值序列集，即对于特定
的/频率，可以得到n组4,^,A....4振动幅值；
步骤三、采用统计方法得出/.频率的振幅预警值， 计算振动幅值平均值^,:
计算振动幅值与平均值M,的标准偏差:确定判断乂频率的振幅预警值M,。
风。=^ + (卜2)《
步骤四、机械振动信号全频带特征预警，
按照步骤三的方法对手组(,)都就计算出各自的风。，并制作频谱图，在原 始振动信号频谱图上绘制出机械振动信号全频带特征预警线；
对新采集的机器振动信号，通过步骤一计算出各自的频率值和相应幅值，
即了组"")振动幅值和频率值，其值同步骤三计算出的预警值(M"'， /;)比 较，超出全频带特征预警线，实现预警。
由于本发明机械振动信号全频带特征预警方法采用了上述技术方案，即采 集设备的机械振动信号，并对该机械振动信号进行特殊的处理，计算振动信号 的各个频率幅值，形成频率值序列集，计算得出对于特定的/,频率下振幅预警
值的同时，也能通过频谱图的制作得出机械振动信号全频带特征预警。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明
图1为本发明的振动信号各频率幅值的频谱图，
图2为本发明的全频带特征预警频谱图。
具体实施例方式
本发明机械振动信号全频带特征预警方法包括如下步骤，
步骤一、振动信号的预处理，采集设备的机械振动信号，设采集的机械振
动离散信号为x("Ar)，其中"=1,2....见A,为采样时间间隔，
00
通过快速傅里叶变换公式 Af 2 x("AZ> —
M == —QO
如图1所示，计算出振动信号的各个频率幅值，并得到;组^(,,/;)振动幅值和
频率值；
步骤二、振动频谱数据处理，对一台设备，采集其运行状态的n组振动信
号，通过上述方法形成n组长度为l^i,.,/;.)振动幅值和频率值序列集，即对于 特定的/.频率，可以得到n组4,42,4.…4振动幅值；步骤三、采用统计方法得出乂频率的振幅预警值，
计算振动幅值平均值;^,:
F = 4 + 4 + 4 + 4 +……+ 4
计算振动幅值与平均值^,的标准偏差4:
确定判断/.频率的振幅预警值M,。 步骤四、机械振动信号全频带特征预警，
按照步骤三的方法对+组")都就计算出各自的风"，如图2所示，制作频
谱图，在原始振动信号频谱图上绘制出机械振动信号全频带特征预警线。
对新采集的机器振动信号，通过步骤一计算出各自的频率值和相应幅值，即
T组"，/;)振动幅值和频率值，其值同步骤三计算出的预警值(M'。，,)比较， 超出全频带特征预警线，实现预警。
附图l和附图2中，X轴为频率(Hz)或转速(RPM)，其取值范围为[O， l/(2AO]，"为采样间隔；Y轴为位移(um)或速度(mm/s)或加速度(mm/s2)， 也可以是其db分贝值。
权利要求
1、一种机械振动信号全频带特征预警方法，其特征在于该方法包括如下步骤，步骤一、振动信号的预处理，采集设备的机械振动信号，设采集的机械振动离散信号为x(nΔt)，其中n＝1，2....N，Δt为采样时间间隔，选择适当窗函数，通过快速傅里叶变换公式计算出振动信号的各个频率幅值，并得到组(Ai，fi)振动幅值和频率值；步骤二、振动频谱数据处理，对一台设备，采集其运行状态的n组振动信号，通过第一步骤形成n组长度为振动幅值和频率值序列集，即对于特定的fi频率，可以得到n组Ai1，Ai2，Ai3....Ain振动幅值；步骤三、采用统计方法得出fi频率的振幅预警值，计算振动幅值平均值<overscore>M</overscore>i计算振动幅值与平均值<overscore>M</overscore>i的标准偏差δi确定判断fi频率的振幅预警值Mia步骤四、机械振动信号全频带特征预警，按照步骤三的方法对组(fi)都就计算出各自的Mia，并制作频谱图，在原始振动信号频谱图上绘制出机械振动信号全频带特征预警线；对新采集的机器振动信号，通过步骤一计算出各自的频率值和相应幅值，即组(Ai，fi)振动幅值和频率值，其值同步骤三计算出的预警值(Mia，fi)比较，超出全频带特征预警线，实现预警。
全文摘要
本发明公开了一种机械振动信号全频带特征预警方法，其包括机器振动信号多组集的采集，计算振动信号各分量的成分，并得到多组振动幅值和频率值序列集，即对特定的f<sub>i</sub>频率，可以得到多组振动幅值，对此多组振动幅值进行平均值、偏差值的计算得到特定f<sub>i</sub>频率的振幅预警值，针对多组的f<sub>i</sub>频率，通过制作频谱图，在原始振动信号频谱图上绘制出机械振动信号全频带特征预警线，以确定机械振动信号全频带的特征预警。由此本方法在机械振动某个频率成分振动幅值超标预警时，也能实现机械振动信号全频带超标时的特征预警。
文档编号G01M99/00GK101451920SQ20071017198
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者晗 刘 申请人:上海宝钢工业检测公司