设备故障诊断技术讲座 连载：第二讲 机械设备状态的振动诊断

一前言机械设备状态的振动监测与故障诊断简称振动诊断。在设备诊断技术领域中,振动诊断是普遍采用的最基本方法之一。机械振动是机器的一种属性,当机器运行过程中发生异常时,一般都会随之出现振动的加大和变化。因此,可以根据对振动信号测量处理和分析识别的结果,在不停     

基于小波阈值的高速道岔振动信号降噪

在高速道岔伤损监测中,道岔振动信号是道岔伤损监测的重要信息来源,鉴于该信号在采集和传输过程中噪声干扰严重,影响伤损识别的准确性,研究了一种基于小波阈值的高速道岔振动信号降噪方法。详细讨论了道岔振动信号降噪过程中小波基、分解层数、阈值准则、阈值函数等参数的选择,并利用频响函数、主元分析和平均马氏距离分析降噪处理对伤损识别的影响。实验结果表明,该方法能有效降低噪声对伤损识别的干扰,为进一步对道岔进行伤损分析创造了良好的条件。     

基于PCA-SVDD方法的钻头异常钻进识别

为了快速识别钻头异常钻进情况,达到实时监测丛式井防碰需求,根据钻头振动信号的幅值归一化频数统计特征,提出一种基于PCA-SVDD的钻头异常钻进识别模型。提取钻头正常钻进信号的每一帧数据的归一化频数特征,该特征与波形的真实幅值大小无关,适合不同工作情况,将提取的特征应用PCA方法降维处理得到钻头正常钻进的特征向量作为训练样本,建立基于PCA-SVDD的钻头异常钻进诊断模型。通过现场数据检验,证明该方法可以有效、快速地识别钻头异常钻进情况。     

稳健稀疏反褶积方法研究

地震勘探数字信号处理领域中一个重要而基本的方法是地震信号的反褶积方法.在地震数据的采集过程中往往会遇到异常点的干扰,这种干扰严重影响了利用反褶积方法对真实反射系数与地震子波的重构效果.本文在Canadas等人提出的针对高斯噪声的贝叶斯反褶积数学框架的基础之上,提出一种能够克服异常点干扰的稳健稀疏反褶积方法.新方法针对具有重尾分布的异常点噪声与稀疏的反射系数建模,并使用交替迭代与线性规划的算法求解.最后,通过实验证明该方法在克服异常点噪声的基础上,能实现对地震子波与反射系数的同步估计,所得到的估计有效地消除了重尾分布异常点噪声的影响,提高了地震信号反褶积处理的精度.这也能证明所提算法是收敛的,并且模型是有效的.     

基于小波分析的混凝土箱梁桥应变监测数据的超载信息识别

为识别混凝土箱型梁桥的超载信息,从该箱梁桥健康监测系统中提取海量应变数据,根据不同异常事件的特点,对监测数据进行预处理,并确定应变监测信号的构成.利用小波变换识别应变异常信号的突变位置和变化值,并与根据有限元分析得到的梁桥初始应变进行比较,识别出超重车产生的突变信号数量.计算超重引起的突变应变信号的捕获概率,进而估算箱...     

基于离群分析的水位异常识别研究

面对海量的地震前兆监测数据流,传统的方式难以实现合理的分析和利用。引入时序数据挖掘的技术对地震前兆数据中的一个重要参数-地下水位进行时序分析和识别水位变化异常。从水位数据的自身特点出发,依据突变系数检测离群点,根据离群点分段,再结合基于距离的离群算法找出水位变化异常模式。实验结果表明,该方法可以比较简单直观地发现水位的异常变化。     

AE信号快速辨识

根据煤岩声发射监测特性以及声发射信号推断声发射源的技术,提出一种利用近场MUSIC算法快速识别煤岩声发射信号的方法。在煤矿AE信号监测中,利用该算法对声发射信号的空间位置进行估计,将该算法估计的结果与巷道形状及工作面相适配,可以基本定位声发射源的位置。仿真实验结果证明了该算法的有效性。     

利用稀疏盲源分离方法的叶片裂纹特征提取

叶轮是离心压缩机的核心部件,实现压缩机叶片裂纹早期故障识别在工业生产中具有非常重要的意义。有裂纹的叶片的异常振动会直接反映到流体的压力脉动中。然而实际中由叶片裂纹造成的异常振动非常小,使得压力脉动中的故障信息非常微弱,导致故障频率难以识别。先利用稀疏盲源分离方法对离心压缩机扩压器处的压力脉动信号进行处理,然后对分离的信号进行包络分析,最后提取出故障特征频率,实现了离心压缩机叶轮叶片裂纹故障检测,可以对叶轮状态进行长期实时监测。     

声发射机械密封端面摩擦状态识别

针对现有监测技术对于机械密封端面摩擦状态的识别较难推广到工业现场进行实时监测,提出一种基于声发射的机械密封端面摩擦状态识别的方法。通过建立实验台对机械密封在工作过程中的信号进行采集;利用小波包分析法对信号进行降噪;对预处理后的数据进行特征提取;建立Elman神经网络对机械密封端面的摩擦状态进行识别。实验结果表明:通过建立的Elman神经网络对提取的声发射特征进行识别,能够很好地识别机械密封在工作过程中所处的摩擦状态。因此,提出的方法可以对机械密封端面的摩擦状态进行有效的实时监测。     

基于骨导麦克风数据的咀嚼发音类型自动识别与分类方法

口腔运动与人们的饮食规律息息相关，该文通过对口腔运动状态的分析识别来监测人们的饮食规律，以此来指导人们的饮食习惯。借助语音识别技术的思想和方法，分析识别口腔运动产生的骨导音，为提升识别效率，采用了传统的隐马尔可夫模型。基于隐马尔可夫模型建立了一套骨导音识别系统，在进行骨导音识别之前，通过分帧加窗、提取梅尔频率倒谱系数，对其进行模型训练；在识别过程中，找出与待测音频信号和模板库中匹配度最高的模型，以其模型输出结果作为最后的识别结果。该方法的识别结果可以达到 84%，实验结果表明该方法具有一定的可行性。     

微地震信号低衰减传播

本文探讨了弱地震信号低衰减传播的可能性。结果表明,地下的地震信号传播介质均表现出一定的弹性,振动信号幅度在低于介质弹性限度时传播,衰减很小,表现出低衰减特征。这一特点保证了可以在地面,甚至黄土覆盖区监测到微地震信号。     

预应力混凝土梁腐蚀断丝水下监测试验研究

采用人工通电加速腐蚀的方法模拟混凝土梁内预应力钢筋的自然断裂过程从而获得真实的断丝声发射信号,应用高频声发射传感器和分布式光纤监测系统从水下采集预应力钢筋断裂时产生的声信号,分析信号的时频域特征和时域统计特征参数,结果表明：断丝信号的超声波段在水中传播时发生频散,应采用20 kHz以下的时域统计特征识别断丝信号;铠装光缆可以接收到在水中传播的断丝信号,其在时频图上表现为一条竖直的条带,并且能量主要集中分布于100～200 Hz。采用时域统计特征参数分析光纤监测信号时,需要设定较小的门槛值截取信号进行分析;对于光纤水声监测工况来说,峰值指标的信噪比较低,裕度和峭度指标更适合于用来识别断丝信号。该研究为开发预应力混凝土结构断丝水下声光纤监测系统奠定了基础。     

基于钻头运动诱发套管头振动信号检测的井眼防碰监测方法

针对海上加密调整井的井眼防碰问题,设计了一种井筒防碰地面监测预警系统,并进行了现场应用。系统利用加速度传感器监测通过套管传输到套管头上的钻头振动信号,利用数据采集、信号滤波放大和专门编制的监测软件记录分析传感器采集的振动信号,通过对信号的时域、频域分析,确定信号特征与井间相对距离的关系,识别钻头对风险井套管的趋近或碰撞。应用结果表明,该系统能有效感知通过地层、套管传输到套管头的钻头振动信号,并能识别出钻头对风险邻井的趋近,验证了系统在设计理论和方法上的可行性,为加密调整井的井眼防碰、保证钻井安全提供了一种有效的手段。     

基于高阶累积量的MPSK信号的调制盲识别方法

调制方式识别是现代矢量信号识别与分析设备中重要关键技术之一。本文主要讨论使用了高阶统计特性来实现MPSK信号的有效识别和处理的方法。仿真结果表明,本文的方法可以使用到信号检测与识别的相应仪器设备中去。     

基于改进空间滤波器的复合材料结构损伤成像方法

为降低Lamb波在复合材料结构中传播时存在的频散现象和各方向传播特性的不一致性给损伤监测带来的困难, 提出一种利用Hilbert变换改进的空间滤波器对复合材料结构损伤进行成像的方法。分析了基于空间滤波器的信号合成成像原理, 在此基础上利用Hilbert变换构造传感器时域响应信号的解析信号参与到信号合成成像过程中。通过对仿真声源的成像实验, 验证了该方法的可行性, 通过对碳纤维复合材料板结构上激励源和损伤的成像实验, 验证了该方法的功能。研究表明该方法能够识别损伤相对于压电传感器阵列的角度位置和损伤散射信号的到达时刻。      

基于LSTM和响应分解的冲击载荷识别方法研究

同一量级的冲击载荷所产生的动响应要远大于静态响应,因此准确识别冲击载荷对于航空器结构件的动强度设计、校核与结构健康监测都具有重要意义。该文章提出的方法主要针对一般线性结构的冲击载荷识别问题,从实测冲击响应应变信号出发,主要解决了冲击载荷与响应信号样本长度不一致这一突出矛盾。首先基于冲击响应信号分解方法来进行振动信号特征提取,然后基于长短期记忆神经网络对载荷和响应信号样本特征进行映射,从而实现冲击载荷识别。通过对挂架模型实测冲击载荷信号进行识别,结果表明4种工况下,该方法识别的冲击载荷的均方根相对误差小于0.6,相关系数大于0.94。结果初步表明,在理想的试验环境中,该方法具备一定的识别精度。     

土体中岩石破坏次声波的三维多测点振速矢量直线汇聚声源定位方法

滑坡泥石流等地质灾害发生前夕,灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生低频次声波信号向外传播。在次声波声场中,声压是标量场,质点运动振速为矢量场,可以利用振速矢量场提前准确预测出灾害发生地点的三维坐标位置。采用数值模拟计算土体中发生小当量炸药爆炸,通过信号频谱分析得到爆炸冲击波衰减为次声波的主要能量频率为2~8 Hz,模拟出土体中岩石破坏发出同范围次声信号现象。基于此提出一种三维多测点振速矢量直线汇聚次声声源定位方法,在地质灾害体范围内不同位置部署N个监测点传感器阵列收集质点振速矢量信号,待地质体内岩石破坏发出次声信号,计算经过测点且其法线为振速方向矢量的N条直线指向并汇聚于声源发生处位置,通过求两两直线间最短距离线段方程,获得N-1个中点坐标,最后求各中点坐标的质心,预测为即将发生地质灾害的源头位置处。通过仿真模拟实体土质滑坡模型和分层介质模型中发出次声信号,布置3个测点位于模型中不同位置收集次声信号,采用该方法准确获得灾害体内部三维声源位置。该方法为提升滑坡泥石流等预警技术水平提供了新的思路。     

一种基于数据间相关性的激光喷丸声学监测技术

激光喷丸作为一种新兴的金属材料表面强化技术,与普通喷丸相比,具有更显著的改性作用,使其在航空等领域有着重要的应用价值。随着该技术的工业化程度不断加深,需要加强对其工作状态的监测诊断,保证其良好的运行状况。由于声学信号不仅携带有丰富的工作特征信息,而且获取成本较低,并能够实现无损检测,所以将声学信号应用于激光喷丸的状态监测。通过分析由等离子体冲击波衰减所产生的声波信号,提取信号特征,进行过程监测。针对于冲击信号的非线性特征,从信号内相邻数据间相关性的角度,提出了一种新的冲击声信号特征挖掘方法。一方面对于模拟冲击信号进行了分析,另一方面,对于激光喷丸实际声信号进行了处理,表明该方法能够识别冲击信号的特征变化,可以用于监测激光喷丸的工作过程,操作简单且速度较快,具有较好的应用前景。     

基于监测信号边际谱和双谱特征融合的孔系钻削质量分析

从钻削监测信号数据中挖掘与加工质量相关的信息,可有效实现孔系钻削质量检测。提出一种基于融合钻削过程三向加速度振动和声发射监测信号时频特征的孔系钻削质量一致性评估方法。首先采用振动传感器和声发射传感器监控孔系钻削过程;然后对各钻孔监测信号进行Hilbert-Huang变换和高阶谱分析,提取各孔监测信号的边际谱和双谱特征;应用主成分分析方法进行特征降维,特征融合聚类分析,直观获得各钻孔钻削过程监测信号时频特征波动状况。基于钻削过程质量波动与监测信号边际谱的频率能量特征和双谱特征数值变化的耦合关系,并与孔系钻削加工人工质量检测对比表明:融合孔系钻削监测信号边际谱特征和双谱特征进行数据聚类研究可有效进行孔系加工质量的一致性检测,快速分析和识别质量异常钻孔。     

基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法

为实现风电机组齿轮箱及时有效地监测和维护,提出基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法。该方法针对齿轮裂纹振动信号为转速频率对啮合频率及其倍频调制的特点,利用小波包分解来识别振动信号中的故障特征,通过小波包频带能量监测得到故障部位的啮合频率范围;考虑到倒频谱可以分离和提取难以识别的密集调制信号的周期成分,基于倒频谱识别故障部位的转速频率,综合利用两种频谱分析方法得到的啮合频率和转速频率,能诊断故障部位和类型。实验研究表明,该方法能精确地诊断齿轮裂纹故障,并可以实现对风电机组齿轮在复杂环境中退化状态的监测,预防断齿等重大故障的发生。