齿轮振动中调频信号的解调方法及仿真计算

齿轮发生裂纹故障时其振动信号会产生调制现象，包括幅值调制和频率（相位）调制两部分。目前调幅信号的解调分析已经比较成熟，但对于调频信号的解调方法研究还不够完善。全面系统介绍了近年来处理调频信号中最常用的希尔伯特相位解调和循环平稳解调两种方法，并通过仿真指出了这两种方法各自的优缺点和局限性。     

振动调频信号的时延二次变换解调研究

调频信号在频谱上具有与调幅信号相同的频率分布特征，然而，轴承和齿轮故障诊断中常用的解调方法却只适用于调幅信号，不能分析调频信号。基于以上问题，从确定调频信号频率分量幅值的贝塞尔函数的性质出发，分析了平方解调法不能对调频信号进行解调的原因。分析过程中发现由于贝塞尔函数的一些特殊性质，使得常用的解调方法不再适用于调频信号。针对这个原理，本文提出利用时延二次变换（信号与时延信号的乘积）打破调频信号边频分量的贝塞尔函数的特殊性，使得变换之后的信号中包含有调制频率，从而实现了对调频信号的解调。     

齿轮故障振动啮合调幅调频信号分离方法

齿轮故障时振动信号中同时存在调幅调频信号。基于齿轮故障振动啮合调制信号数学模型,利用平方幅值解调和基于调频信号与第一类贝塞尔函数之间关系的频率解调方法,分别建立关于调幅和调频参数的非线性方程组;再应用最小二乘优化算法求解参数,提出一种调幅调频信号准确分离的新方法。并将离散频谱校正技术用于提高该分离方法的准确性。仿真结果表明：该方法精度高,抗干扰能力强;分离出的调频信号比希尔伯特变换和基于能量算子解调求解的调频信号精度高。实验分析表明,不同故障分离的调幅调频信号存在明显的特征和差异,从而为齿轮箱故障提供了一种新的诊断方法。     

超声波测振信号的能量算子解调方法

连续超声波束遇到振动物体表面会产生多普勒效应,反射超声波信号是受振动信号调制的非线性调相信号。对反射波信号求导获得调幅调频信号,再采用能量算子对称差分法,求取该调幅调频信号的瞬时幅值及瞬时频率。鉴于超声波反射回波信号存在幅值衰减现象,而超声波频率不易受外界干扰,故通过调幅调频信号的瞬时频率提取被测物体的振动速度,并由振动速度求导得到振动加速度。同时,从幅值及频率两个方面探讨振动测量范围。仿真及实验结果表明:基于能量算子的超声波测振信号解调方法能有效地提取振动信号,与传统的相位解调方法相比,具有更大的测量范围。     

时延自相关解调频原理及其在齿轮故障诊断中的应用

当齿轮发生故障时,调幅和调频现象往往同时存在,但是传统方法通常只适用与解调幅,而不能解调频。同时振动信号中常含有大量的噪声,严重的影响了解调结果。由于高延迟的自相关函数具有受噪声影响比较小的特点,已有文献用时延自相关法解调幅,但是用做解调频还鲜有研究。为此,从理论上分析了调频信号和调幅调频信号的自相关函数,得出调频信号的自相关函数是调幅信号,调频调幅信号的自相关函数仍然是调幅调频信号,且其调制频率不变。这样就从理论上说明了时延自相关解调法是解调频和解调频的通用方法。最后通过仿真实验和实例分析,表明了时延自相关解调法不仅能有效的解调频,而且具有较好的抗噪性。     

基于包络S变换时频图像提取齿轮故障特征

齿轮故障振动信号中调幅和调频现象同时存在,其频谱包括以啮合频率及其谐波为载频,齿轮所在轴转频及其谐波为调制频率产生的调制边频带。针对齿轮故障振动信号特征提取困难的问题,提出一种基于包络分析和S变换时频图像相结合的故障特征提取方法。通过变速器齿轮故障模拟实验,采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号,对其进行Hilbert变换得到信号的包络,然后对包络信号进行S变换,得到包络的时频图像的等高线灰度图像,计算图像的灰度共生矩阵及其统计特征量,提取齿轮故障特征。试验结果表明：该方法能有效提取齿轮故障特征。     

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。     

应用Hilbert变换和ZFFT提取变速器齿轮故障特征

变速器故障齿轮振动信号,调幅现象和调频现象同时存在,其频谱中包括啮合频率及其谐波、调制产生的耦合频率。Hilbert变换无法提供足够高的频率分辨率解调低频调制信号,为此提出复调制细化谱分析方法。通过变速器齿轮故障模拟实验,采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号,对其进行Hilbert变换得到信号的包络,对包络信号进行复调制细化谱分析,得到齿轮轴转频基波及其谐波幅值。随着齿轮磨损程度的增加,齿轮轴转频基波及其谐波幅值明显增大,可作为齿轮磨损故障特征参数。     

基于广义解调时频分析的包络阶次谱在齿轮故障诊断中的应用

提出了基于广义解调时频分析的包络阶次谱方法,并将它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具有物理意义的单分量信号的瞬时频率,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恰巧表现为多分量的调幅-调频特征,在基于广义解调时频分析的包络阶次谱方法中,首先采用广义解调时频分析方法将多分量的齿轮振动信号分解为若干个单分量信号,其次对各个单分量信号进行包络分析,然后对包络信号进行角域重采样,最后对重采样后的信号进行频谱分析,得到包络阶次谱,从而判断齿轮的工作状态.采用该方法分别对仿真和实验信号进行了分析,结果表明了该方法的有效性.     

超声波测振信号的Hilbert变换解调方法研究

以纵向压力波形式定向传播的超声波遇到振动物体时,反射超声波信号的相位会因多普勒效应而被振动所调制.对该反射超声波信号求导得到含有时变相位及时变幅值的调幅调频信号,采用Hilbert变换解调方法求取该调幅调频信号的瞬时幅值和瞬时频率.由于超声波信号存在幅值衰减,而超声波频率不易受外界干扰,故从瞬时频率中提取被测物体的振动速度,并由振动速度求导得到振动加速度.仿真及实验结果表明:Hilbert变换解调方法能够有效地从反射超声波信号中提取瞬时频率信息,而且与实际振动速度及振动加速度相比较,从瞬时频率中提取的振动速度及振动加速度具有较高的准确性.