一种齿轮故障特征提取方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种齿轮故障特征提取方法及系统，属于故障诊断技术与信号处理分析【技术领域】。本发明包括信号采集模块，用于通过加速度传感器和电涡流传感器分别获取齿轮故障振动信号及键相脉冲信号；信号处理模块，用于对齿轮故障振动信号及键相脉冲信号进行降噪处理；特征提取模块，用于对降噪处理后的信号进行基于FFT的频谱分析，实现对齿轮故障信息的提取。本发明计算量大大减小，更加节省时间，效率更高；不需要操作者拥有大量的检测经验，以及繁多的历史数据作为支持就可以对诊断过程中的最优滤波参数进行提取，操作简单，方便快捷，适用范围更广；能够更好的保证提取出的最优滤波参数更加精确，诊断结果更加正确。
【专利说明】一种齿轮故障特征提取方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种齿轮故障特征提取方法及系统，属于故障诊断技术与信号处理分析【技术领域】。
【背景技术】
[0002]包络分析是目前被广泛应用的一种振动特征提取技术，能够对信号冲击成分进行有效地提取。包络分析需要确定中心频率和带宽进行带通滤波，再用Hilbert (希尔伯特)变换提取该频段的信号包络。但是滤波中心频率和带宽的选择，需要操作者掌握丰富的先验知识及历史数据，否则在对滤波中心频率和带宽的选择时会产生分析误差，不能达到利用包络分析对故障进行诊断的目的。
[0003]本发明所提出的方法，不需要操作人员依靠先验知识和历史数据进行滤波参数的选取，只需根据齿轮齿数及其所在轴的转频，选取齿轮啮合频率或其倍频作为中心频率/；、设置合适的带宽Λ/；作为滤波参数，即可进行包络分析。在对滤波中心频率和带宽选择是更加方便简单，而且准确。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种齿轮故障特征提取方法及系统，选取齿轮啮合频率或其倍频作为中心频率/；、设置合适的带宽Λ/；作为带通滤波器的滤波参数，解决了滤波参数确定过程中，操作人员需要依靠先验知识和历史数据进行滤波参数的选取问题及传统算法中手干扰冲击引起的参数提取不准确的问题。
[0005]本发明的技术方案是:一种齿轮故障特征提取方法，包括:
信号采集模块，用于通过加速度传感器和电涡流传感器分别获取齿轮故障振动信号及键相脉冲信号；
信号处理模块，用于对齿轮故障振动信号及键相脉冲信号进行降噪处理；
特征提取模块，用于对降噪处理后的信号进行基于FFT的频谱分析，实现对齿轮故障信息的提取。
[0006]所述齿轮故障振动信号及键相脉冲信号是时域信号。
[0007]所述信号处理模块具体为:
用于对键相脉冲信号按阶比跟踪计算方法获得小齿轮轴的等角度采样时标Tn,再根据齿轮传动比i得到所选参考轴的等角度采样时标Tnl ；
对工况下的齿轮故障振动信号，选取齿轮啮合频率或其倍频作为中心频率/;、设置合适的带宽△/;作为最优带通滤波器参数对齿轮故障振动信号进行滤波，滤波后的信号进行包络得到时域复包络信号；
再对提取出的时域复包络信号在所选参考轴等角度采样时标&上进行线性插值，得到复包络角域信号A(Tm),最后对复包络角域信号的实部和虚部分别进行同步平均运算，得到复包络角域同步平均信号。[0008]所述特征提取模块具体为:对同步平均后的角域复包络信号，进行基于FFT的频谱分析，得到阶比谱，并与齿轮故障理论阶比特征进行对比:
如果处于理论阶比谱值正负0.1范围内出现突出的谱线，则可以确定齿轮存在故障。
[0009]所述TfiTn ；/?=1, 2，2，3...Λ?，? ΧΛ?，# 为输入轴的脉冲数，Λ? 为参考轴的脉冲数，i为齿轮传动比。
[0010]所述滤波后的信号进行包络指采用Hi Ibert变换进行包络提取。
[0011]一种齿轮故障特征提取系统，包括:
信号采集模块，用于通过加速度传感器和电涡流传感器分别获取齿轮故障振动信号及键相脉冲信号；
信号处理模块，用于对齿轮故障振动信号及键相脉冲信号进行降噪处理；
特征提取模块，用于对降噪处理后的信号进行基于FFT的频谱分析，实现对齿轮故障信息的提取。
[0012]本发明的工作原理是:
所述输入轴等角度采样时标是按阶比跟踪计算公式获取:
【权利要求】
1.一种齿轮故障特征提取方法，其特征在于:包括: 信号采集模块，用于通过加速度传感器和电涡流传感器分别获取齿轮故障振动信号及键相脉冲信号； 信号处理模块，用于对齿轮故障振动信号及键相脉冲信号进行降噪处理； 特征提取模块，用于对降噪处理后的信号进行基于FFT的频谱分析，实现对齿轮故障信息的提取。
2.根据权利要求1所述的齿轮故障特征提取方法，其特征在于:所述齿轮故障振动信号及键相脉冲信号是时域信号。
3.根据权利要求1所述的齿轮故障特征提取方法，其特征在于:所述信号处理模块具体为: 用于对键相脉冲信号按阶比跟踪计算方法获得小齿轮轴的等角度采样时标Tn,再根据齿轮传动比i得到所选参考轴的等角度采样时标Tnl ； 对工况下的齿轮故障振动信号，选取齿轮啮合频率或其倍频作为中心频率/;、设置合适的带宽△/;作为最优带通滤波器参数对齿轮故障振动信号进行滤波，滤波后的信号进行包络得到时域复包络信号； 再对提取出的时域复包络信号在所选参考轴等角度采样时标Tnl上进行线性插值，得到复包络角域信号A(Tm),最后对复包络角域信号的实部和虚部分别进行同步平均运算，得到复包络角域同步 平均信号。
4.根据权利要求1所述的齿轮故障特征提取方法，其特征在于:所述特征提取模块具体为:对同步平均后的角域复包络信号，进行基于FFT的频谱分析，得到阶比谱，并与齿轮故障理论阶比特征进行对比: 如果处于理论阶比谱值正负0.1范围内出现突出的谱线，则可以确定齿轮存在故障。
5.根据权利要求3所述的齿轮故障特征提取方法，其特征在于:所述Tm=Y/;;/7=1, 2，2，3"m=iXin，f为输入轴的脉冲数，Λ?为参考轴的脉冲数，i为齿轮传动比。
6.根据权利要求3所述的齿轮故障特征提取方法，其特征在于:所述滤波后的信号进行包络指采用Hilbert变换进行包络提取。
7.一种齿轮故障特征提取系统，其特征在于:包括: 信号采集模块，用于通过加速度传感器和电涡流传感器分别获取齿轮故障振动信号及键相脉冲信号； 信号处理模块，用于对齿轮故障振动信号及键相脉冲信号进行降噪处理； 特征提取模块，用于对降噪处理后的信号进行基于FFT的频谱分析，实现对齿轮故障信息的提取。
【文档编号】G01M13/02GK104006962SQ201410192108
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】郭瑜, 孔佑炳, 伍星, 刘畅, 贺玮, 谢金葵 申请人:昆明理工大学