，AN ^ 0，Λ，0};
[0028] 步骤五、从幅值序列中依次选择长度为L的子序列与高斯函数模板进行内积 运算，相同频率分量对应的内积结果相加，得到各频率分量对应振动幅值Ai的包络序列 .c 尽二Σ i = 0, Λ, N-1，其中Ai为振动幅值，M j为高斯模板函数值，E $包络序 !=~C 列；
[0029] 步骤六、将恥，& | i = 0, Λ，N-1}作为振动信号的全频带分布特征，获得新的振动 信号频谱{A' d仁| i = 0, Λ，Ν-1}，其中Y i为新采集到的振动信号幅值，计算Y i与包 络序列Ei的相对总值
单谱线相对最大值
[0030] 步骤七、设置报警阈值T = 1. 1~2,如果IAT或I2>T，则给出报警信号。
[0031] 进一步，以10~20倍频率分辨率将新采集振动信号的{Α^仁I i = 0, Λ，N-1}频 谱等分为1段，计算各段振动能量之和在总振动能量中所占的比例，得到能量比例序列ei， e2，一ei，其11
振动能量为各频率分量处振动幅值的平方；
[0032] 在能量比例序列中从大到小选取能量峰值点，直到剩余的能量峰值均小于平 均能量比例的1/1或者已选取的能量峰值点能量总和大于〇. 7,组成新的能量峰值序列 ，其中Pl，L，pn为选取能量峰值点在能量比例序列中的序号，η为能量峰值 点个数；
[0033] 峰值序列中相邻两个能量峰值点为％和&^ i = l，L，n_l，在能量比例序列中序 号为pjP P 1+1的能量比例值中查找小于剩余平均能量比例e .的极小值，其中剩余平均能量 为原能量比例序列中去掉能量峰值点后的序列，则
；如果极小值个数 大于2,则将第一个极小值和最后一个极小值作为分段的频段边界，如果极小值个数小于或 等于2,则选择较小的一个极小值作为分段的频段边界，如果不存在极小值，在相邻能量峰 值间不作频段划分；设定各分段的频段振动能量值的1~2倍作为相对报警阈值，以识别新 产生的振动信号的振动能量分布异常。
[0034] 进一步，上述平滑长度L的选择范围为3~15。对于设备结构复杂的振动信号频 谱，L选取较大值，频谱谱线简单则L选取较小值。
[0035] 在机械设备离线检测系统中采用传感器采集设备的振动信号，本方法首先对采集 的振动信号进行傅里叶变换，得到振动信号频谱，使用高斯函数模板平滑振动信号的频谱 数据，获得全频带谱线的幅值包络，以平滑长度作为调节参数，设置报警阈值，以超限总值 作为报警参数。进一步，对振动信号频谱作自适应频段划分，得到的频段数随数据的频谱复 杂程度自动调整，以各划分频段的振动能量值为基准，设置各划分频段振动能量值的相对 报警阈值，以识别新产生的振动信号的振动能量分布异常，实现机械设备异常状态的自动 辨识。
[0036] 将本方法编制成软件模块并加入机械设备离线检测系统中，提高了机械设备离线 检测系统对振动信号频谱的自动分析能力和报警的准确性，克服了传统方法受工况与噪声 影响大、不适用于复杂频谱结构、针对局部特征的缺陷，为实现振动信号频域自动报警提供 了有效的技术手段。本方法得到的频段数随数据的频谱复杂程度自动调整，对于加速度信 号，得到的频段数多，对于频谱结构比较简单的速度信号，得到的频段数少，因此具有很强 的通用性，并且能够通过程序自动实现。本方法可应用于位移、速度和加速度等多种振动信 号的分析，经实测数据验证，满足生产现场的频域自动报警要求。特别是在加热炉风机、轴 承、齿轮箱等回转机械零部件的监测与诊断分析中，取得了满意的结果，实现自动化的异常 识别，帮助技术人员及时捕捉故障先兆，减少无效的重复工作，提高诊断的效率和准确性， 对减少诊断分析工作量，保障设备安全运行起到积极的推进作用。
【主权项】
1. 一种机械设备离线检测系统振动信号频谱分析和报警方法，其特征在于本方法包括 如下步骤： 步骤一、对振动信号进行傅里叶变换，得到振动幅值序列和频率分量序列{Ai，fi|i = 0, A，N-U，其中Ai为振动幅值、f 1为频率分量、N为谱线数； 步骤二、采用高斯函数模板平滑振动信号的频谱数据，选择大于3的正奇数L作为 平滑长度，计算高斯函数模板的中屯、位置C =化-1)/2,计算高斯函数模板的宽度系数 ^ = ^得到高斯函数序列j = 0, A，L-I ; 步骤S、高斯函数序列的每一个元素除W中屯、元素 G。，得到高斯函数模板M,= G ,/G。，j =0, A , L-I ； 步骤四、振动幅值序列前后各延长C个点，得到长度为N+2c的幅值序列，即原振动幅值 序列为{A。，Al, L Aw J，前后各加 C个零的幅值序列为{0, A，0, A。，Al, A，Aw 1，0, A，0}; 步骤五、从幅值序列中依次选择长度为L的子序列与高斯函数模板进行内积运 算，相同频率分量对应的内积结果相加，得到各频率分量对应振动幅值Ai的包络序列 = Z 声W i = 0, A，N-1，其中Ai为振动幅值，M巧高斯模板函数值，Ei为包络序 列； 步骤六、将巧1，I i = 0, A，N-1}作为振动信号的全频带分布特征，获得新的振动信号 频谱{A'l，fl|i = 0，A，N-l}，其中A'l为新采集到的振动信号幅值，计算A'l与包络序 列Ei的相对总值和单谱线相对最大值步骤屯、设置报警阔值T = 1. 1~2,如果Ii〉T或l2〉T，则给出报警信号。2. 根据权利要求1所述的机械设备离线检测系统振动信号频谱分析和报警方法，其特 征在于：W 10~20倍频率分辨率将新采集振动信号的{Ai，I i = 0, A，N-U频谱等分为 1段，计算各段振动能量之和在总振动能量中所占的比例，得到能量比例序列61，62,...如 其中i；巧=1，振动能量为各频率分量处振动幅值的平方； M 在能量比例序列中从大到小选取能量峰值点，直到剩余的能量峰值均小于平均 能量比例的1/1或者已选取的能量峰值点能量总和大于0.7,组成新的能量峰值序列 6A，e化，''' e扣'其中Pi, L P。为选取能量峰值点在能量比例序列中的序号，n为能量峰值 点个数； 峰值序列中相邻两个能量峰值点为苗:和Ep,+, ' i = 1，Ln-I,在能量比例序列中序号为 P郝P W的能量比例值中查找小于剩余平均能量比例e前极小值，其中剩余平均能量为原 能量比例序列中去掉能量峰值点后的序列，则；如果极小值个数大于 2,则将第一个极小值和最后一个极小值作为分段的频段边界，如果极小值个数小于或等于 2,则选择较小的一个极小值作为分段的频段边界，如果不存在极小值，在相邻能量峰值间 不作频段划分；设定各分段的频段振动能量值的1~2倍作为相对报警阔值，W识别新产生 的振动信号的振动能量分布异常。3.根据权利要求1所述的机械设备离线检测系统振动信号频谱分析和报警方法，其特 征在于：平滑长度L的选择范围为3~15。
【专利摘要】本发明公开了一种机械设备离线检测系统振动信号频谱分析和报警方法，本方法对振动信号进行傅里叶变换，得到振动幅值序列和频率分量序列；使用高斯函数模板平滑振动信号的频谱数据，获得全频带谱线的幅值包络，以平滑长度作为调节参数，设置报警阈值，以超限总值作为报警参数；自适应频段划分，得到的频段数随数据的频谱复杂程度自动调整，以各频段的振动能量值为基准，设置各频段振动能量值的相对报警阈值，以识别新产生的振动信号的振动能量分布异常，实现机械设备异常状态的自动辨识。本方法克服传统振动信号频谱分析的缺陷，提高振动信号频谱的自动分析能力和报警的准确性，满足机械设备运行保障需求，保证机械设备的安全、可靠运行。
【IPC分类】G01H17/00
【公开号】CN105651376
【申请号】
【发明人】刘晗
【申请人】上海宝钢工业技术服务有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月10日