一种滚动轴承故障特征提取的新方法—谱相关密度

本文简要地介绍了谱相关密度的概念及其对调幅信号的解调作用,并用数值仿真进行验证。针对滚动轴承故障信号含有调幅成分的特点,提出并讨论了利用谱相关密度来提取滚动轴承的故障特征的方法;最后通过对实验数据的处理及分析,说明谱相关密度在提取信号特征方面的有效性。     

基于角域四阶累积量切片谱的柴油机连杆轴承故障特征提取

提出了一种角域四阶累积量切片谱方法,应用于提取连杆轴承微弱故障特征。首先,对升速过程振动信号进行阶比重采样得到角域平稳信号,再计算其四阶累积量对角切片谱,构成角域四阶累积量切片谱,用于分析不同转速区间、不同测试位置下的非稳态信号,提取连杆轴承微弱故障特征。试验结果表明:角域重采样与四阶累积量对角切片谱相结合,既能分析非稳态信号,又能抑制噪声干扰;特定阶比带内的角域四阶累积量对角切片谱的能量和峰值,能有效识别连杆轴承各种技术状态,可以作为连杆轴承磨损故障的特征参数;并得出了敏感测试位置、敏感转速区间和特征阶比带。     

基于循环谱相关的编码器信号滚动轴承故障检测EI北大核心CSCD

针对振动传感器安装受限的场合,结合编码器信号的优势,以编码器瞬时角速度(instantaneous angular speed, IAS)为信号,提出一种基于编码器IAS信号诊断特征(diagnostic feature, DF)指标的循环谱相关(cyclic spectral correlation, CSC)优化解调频带选取算法。首先利用向前差分法估计编码器信号获得轴承的IAS信号,并利用CSC得到IAS信号的双变量谱;然后按照初始子频带带宽为循环频率积分区间得到子频带改进包络谱(improved envelope spectrum, IES),并计算子频带IES的DF数值获得DF曲线;再通过评判DF数值合并子频带得到优化解调频带;最后利用包络分析提取滚动轴承故障特征阶次。通过仿真和轴承实测数据验证了所提方法的有效性。     

参数优化最大二阶循环平稳盲解卷积行星轮轴承故障提取EI北大核心CSCD

在行星齿轮箱振动中,齿轮相关振动分量通常具有较大的能量,同时轴承滑移会造成行星轮轴承故障对应振动分量的特征频率获取困难。为此,提出一种基于参数优化最大二阶循环平稳盲解卷积(cyclostationary blind deconvolution, CYCBD)的行星轮轴承故障提取方法。该方法针对CYCBD技术在轴承滑移条件下难以获取循环频率和滤波器长度的问题,以改进的包络谱故障特征比(improved envelope spectrum fault feature ratio, IFFR)指标作为粒子群算法的适应度函数,自动获取CYCBD算法中实际的循环频率和优化滤波器长度,利用参数自适应的CYCBD算法增强了轴承故障冲击。通过解卷积结果的平方包络谱反映轴承故障特征,达到准确提取故障特征的目的。故障仿真和试验研究结果表明,该方法可以有效提取行星轮轴承故障特征。     

基于Vold-Kalman广义解调的变转速轴承和齿轮复合故障诊断

现有的以谱峭度为核心的滤波算法无法同时分离提取由轴承和齿轮故障激起的高频共振带。针对该问题,该研究舍弃以共振带提取为核心的诊断思路,直接提取、重置和定量表达时变非平稳的故障特征成分,提出了基于Vold-Kalman广义解调的变转速滚动轴承和齿轮复合故障诊断策略。该策略的核心是利用Vold-Kalman滤波从原始信号的包络中提取时变非平稳的轴承和齿轮故障特征成分;通过广义解调变换(GDT)将上述提取的时变非平稳故障特征成分进行平稳化重置;利用快速傅里叶变换(FFT)对上述重置的故障特征成分进行定量表达;通过频率谱中峰值与理论频率点的对比完成故障点定位。其中用于提取、重置和识别故障特征成分的频率函数、相位函数和频率点可由转频方程和机械结构参数计算。仿真和实测信号的分析结果表明所提算法无需共振带选取和角域重采样即可完成变转速轴承和齿轮复合故障特征的提取。另外,与传统带通滤波方法的对比进一步表明该算法去除无关项干扰、突出故障特征成分的优越性。     

基于自相关分析与MCKD的滚动轴承早期故障诊断

滚动轴承早期故障信号通常呈现出非平稳性、弱调制性、故障特征成分不突出以及背景噪声强烈等特点,有效提取轴承故障特征比较困难,因此难以准确判断轴承的故障位置。针对这一问题,提出了基于自相关分析与最大相关峭度解卷积(MCKD)算法的滚动轴承故障诊断方法:①利用有偏估计自相关分析方法对轴承信号作初步分析,抑制信号中噪声成分;利用MCKD算法对所得信号作进一步分析,突出信号中的原始冲击成分并进一步去噪,使得信号的信噪比进一步提高;③对信号进行包络谱分析,通过包络谱中的主导频率成分与滚动轴承各元件的故障特征频率对比从而判断轴承的故障位置。仿真数据和实测数据分析结果证明,所提方法能够有效提取故障信号中的特征信息,具有一定的有效性。     

基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮启停过程中故障振动信号的调频特性,提出了基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法,并将其应用于齿轮瞬态信号的分析。广义解调时频分析是一种新的时频分析方法,它可以将多分量的信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的单分量信号,每个单分量信号可以是调幅-调频信号,因此非常适合处理多分量的调幅-调频信号。而当齿轮发生故障时,其启停过程中的振动信号就表现为多分量的调幅-调频特征。在基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法中,首先采用广义解调时频分析方法将齿轮瞬态信号分解为若干个单分量信号,然后计算各个分量的瞬时频率,再对其瞬时频率信号进行重采样,最后对重采样信号进行频谱分析得到阶次谱,从而提取齿轮振动信号的故障特征,判断齿轮的工作状态。仿真信号和实验信号的分析结果表明了该方法的有效性。     

调幅信号谱相关密度分析中白噪声影响的研究

重点研究了加性高斯白噪声对调幅信号谱相关密度分析结果的影响。平稳信号的谱相关密度仅存在于频率轴上，但是由于谱相关密度分析为非线性二次变换，信号和噪声的交叉项也将干扰分析结果。本文通过对加性高斯白噪声干扰的调幅信号的理论分析，得到了加性噪声干扰在谱相关密度双频率平面上的分布特点，总结了该类型循环平稳信号谱相关密度图的分布规律，最后利用仿真信号验证了理论分析的正确性。     

基于信息融合和广义循环互相关熵的电机轴承故障诊断

针对传统基于单路振动信号的故障识别可靠性较差和传统谱相关方法难以有效处理非高斯噪声的问题,该研究提出了一种基于多传感器振动信号信息融合和广义循环互相关熵谱的轴承故障诊断方法.首先推导了广义互相关熵、广义循环互相关熵和广义循环互相关熵谱密度的计算公式;然后给出了电机轴承故障诊断步骤;再利用轴承外圈故障仿真信号,分析了轴承...     

基于稀疏分解和频域相关峭度的轴承微弱故障特征提取

在强背景噪声和复杂激励的干扰下,滚动轴承的早期微弱故障特征往往难以提取,提出一种稀疏分解与频域相关峭度相结合的方式,对轴承早期微弱故障特征进行提取。稀疏表示方法是分析非平稳信号的一种有效方式,在轴承故障诊断中常用的一种方法是利用K-SVD算法构造自适应字典,采用OMP算法对采集到的数据进行稀疏分解。利用频域相关峭度能够准确识别出轴承等旋转机械的循环冲击序列的特性,将其引入到字典构造过程中,求解稀疏分解时每次迭代逼近信号的频域相关峭度,并且找到最大频域相关峭度值所在位置,根据当前位置的信号重构原始信号,计算其包络及包络谱,分析故障类型。仿真信号和试验信号的结果表明:所提方法能够准确识别出轴承故障,验证了该方法在识别循环冲击序列的有效性和优越性。     

基于谱相关的齿轮振动监测技术研究

摘要：齿轮振动信号的特征循环频率具有谐频成分,谐频循环频率簇对应的谱线相关性综合反映了系统中的某种啮合振动或调制现象。以此理论为基础,本文提出了啮合振动监测因子和调制监测因子两种累积能量因子,利用单一传感器采集得到的信号,以全频段信息为依据,进行振动信息的抽取和剥离,实现针对性的齿轮振动监测。实例分析结果证实了基于谱相关的状态监测技术具有较高的灵敏性,能够初步判断系统中的故障所在。     

噪声和振动信号的谐波小波时频表示

谐波小波变换的时频表示方法应用于持续时间、带宽和采样率差别很大的多种目标的噪声和振动信号处理当中,将其结果与基于STFT方法的结果进行了比对,并给出了其在不同应用场合的参数。结果表明,谐波小波方法用于信号的时频表示,具有很好的灵活性和突出的性能优点,有较好的应用前景。     

Frequency domain interpretation of power ratio metric for cognitive radio systems

Software radio (SWR) is an enabling technology for cognitive radio (CR) systems which promises to (de) modulate any signal, at any frequency. SWR signal therefore is composed of different standard's signals, and each standard's signal is either multicarrier or multiplex of single carriers. This combination leads to high temporal fluctuations and thus SWR signal inherits high peak to average power ratio (PAPR) or simply high power ratio (PR). Nonlinear analogue components (amplifiers, converters etc.) cause distortions (in and out of band distortion) for high PR signals which result in system performance degradation. Usually PR problem is addressed in time domain, and here frequency domain interpretation of PR which is more appropriate in SWR context is presented. Gaussian equivalence between SWR signal and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signal is proved first to accentuate high PR issue in SWR as OFDM suffers the same problem. Then frequency domain interpretation of PR metric is discussed which results in a PR upper bound. This PR upper bound depends only upon spectral values of the signal thus associates spectrum with PR. As a result this bound assists in spectrum access for CR systems by providing PR metric information related to any available bandwidth. Thus bandwidth allocation in a spectrum access scenario under PR constraint is simplified.     

Study of the effect of source signal bandwidth on ratiometric wavelength measurement

We derive an analytic equation for a ratiometric wavelength measurement system and analyze the influence of the optical source signal bandwidth. Our investigation shows that in a particular optical sensing system, the higher the bandwidth of the optical signal, the better resolution the system will achieve. Experiments based on two types of optical signals (output signal of a tunable laser and a fiber Bragg grating) were carried out, and experimental results verified both the simulation results and the theoretical analysis.     

Logarithmic cyclic frequency domain profile for automatic modulation recognition

Cyclostationary techniques have been applied widely to the problem of recognising communication modulation schemes. As these techniques are processing intensive, much effort has been invested in researching algorithms that can reduce the number of computational steps required, with fast Fourier transform approaches predominating. A novel approach to improve the extent of the cyclic frequency (a) is proposed. By using the constant Q transform (CQT), a logarithmic form of the spectral correlation function (SCF) can be produced. This allows the a-axis to be extended, which can be advantageous when the receiver bandwidth cannot be well matched to the signal frequency and bandwidth using a priori knowledge of spectrum allocation. It is found that a CQT-based SCF can form the basis of a logarithmic cyclic frequency domain profile algorithm without loss of sensitivity compared with the conventional, linear form.     

一种明显提高相位测距分辨率的方法

本文从原理和实验两方面提出了一种明显提高相位测距分辨率的方法.应用差频模拟锁相环(APLL)专用集成电路KD080H,作者设计制作出一种环路噪声带宽小于1Hz的晶体分频APLL,并成功用于相位检测频率1.5kHz的相位测距系统.实验表明,在光电信号频率为15MHz,晶体滤波器带宽500Hz,所得信号信噪比仅为40dB的条件下,测距分辨率可优于0.5mm,比应用中心频率1.5kHz带宽50Hz的有源滤波器测距系统的分辨率提高约7倍.该方法还具有结构简单,成本低,使用方便等优点.     

一种有效实现弱平稳随机信号完整功率谱估计的方法

为解决某些振动信号中含有微弱频率难分辨的问题,本文采用现代信号处理的小波分析和MUSIC(多重信号分类)谱估计,提出了一种新的实现弱平稳随机信号完整功率谱估计的方法。该方法将弱平稳随机信号利用小波分解与重构得到各频段的细化信号,再将经MUSIC谱估计后的细化功率谱融合,得到具有较高分辨率的完整弱平稳随机信号功率谱。     

基于小波包变换和时变频率的结构地震损伤评估

基于频率变化的结构地震损伤评估方法具有机理明确和精度较高等特点,但传统信号分析方法在时频分辨率上不能同时满足精度要求,导致时变频率不能直接从响应信号中精确获取,影响频率法损伤评估的应用。依据时频边缘条件提出时频谱分析精度评价标准,通过对比不同的信号分析方法,确认具有特定基函数的小波包变换是获取精确时变功率谱的有效工具。提出基于小波包脊的时变频率提取方法,在此基础上依据结构频率的变化可计算结构时变损伤指标,并最终实现结构多维地震损伤评估。算例表明基于小波包变换和时变频率的结构地震损伤评估方法可以较准确地反映结构的整体损伤演变过程和最终损伤程度。应用该方法时仅需要结构的位移时程,在结构动力分析、抗震验算以及实际结构的震害评估中均具有良好的适用性。     

半功率带宽法与INV阻尼计法求阻尼比的研究

半功率带宽法是国内外常用的测试阻尼的方法，笔者发现半功率带宽法由于受到信号处理中的①采样频率SF②频率分辨率△f③采样频率与信号频率之比K④采样分析的长度T和⑤阻尼比D的大小等因素的影响使得测得的阻尼比值波动很大，除少数状态是可信的外，多数状态是不稳定的，有时误差惊人，得到的测试数据不能使用，易导致错误的结论。文内提出了一种创新的INV阻尼计法，它具有高精度、高准确率、操作方便等特点，使阻尼比测试有了一个突破。文内把两种方法与时域波形衰减法求阻尼比进行了对比分析，以供同行专家参考。