试论特征分析与特征量选择.pdf

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资源描述
算23卷第5期
机电产品开发与创新
Vo.23,No.5
2010年9月
Development Innovation of Machinery Electrical Products
Sep.,2010
文童编号:1002-6673(2010)05-109-03
试论特征分析与特征量选择
郝中波
(昆明理丁大学,云南昆明650093
摘要:机械设备故障诊断是识杌械设备运行状态的一门学科。本文以旋转机械设备的故障诊断为例,论
述如何在故障诊断过程中实现特征分析与特征量的选择。
关键词:特征分析;特征量选择;信号采集;特征提取
中图分类号:TM93文献标识码:Adoi103969jis.1002-6673.2010.05.044
Research on Characteristic Analysis and Characteristic Quantity Choice
HAO Zhone-bo
Kunming University of Science and Technology, Kunming Yunnan 650093, China)
Abstract: Machine fault diagnosic echnoloy s a subject which is used to recognise the ing state of equipment. This paper base on the ault
diagnosis of rotating machinery and discuss how to analyse characteristic and choose characteristic quanity in the process of fault diagnosis
Key words: characteristic analysis; characteristic quantity of choice; signal sample; characteristic extract
0引言
1.1确定检测对象
在机械设备故障诊断中常遇到的检测对象可能有
机械设备故障诊断过程由信号采集、信号处理、状「振动检测、声学检测、压力检测、温度检测、表面形貌
态识别和诊断决策四个步骤组成。其中信号采集是在监!检测等多种。根据检测对象的不同,检测方法也不一样。
测信号前根据不同的诊断目的,选择最能代表机械设备
对检测对象的选择要注意以下几点:①选择对故障
运行状态的信号作为采集信号,并选用合适的传感器和最敏感的检测对象;②按照综合使用、互为补充的原则
测量方法来对信号进行采集,以达到“去伪存真“的目,选择檢测对象组;③要遵守经济的原则,在经济与准确
的,这个过程是对信号进行特征分析的过程;信号处理1之间找好平衡点
是对采集到的数据进行分类、处理,去除无用的、冗余「1.2组建检測系统
信息,提取出故障特征信息,以达到”去粗取精“的目
检测系统一般包括由两大部分组成,一部分为传感
的,这个过程是故障特征提取的过程。本文以旋转机械器测量系统,它包括各种振动传感器、温度、压力传感
设备的故障诊断为例,以信号采集、信号处理两个步骤器及其有关测量部分,其作用是拾取表征机器状态的各
为基础,论证如何在故障诊断过程中实现特征分析与特种信号或参数,并将其转换成电压或电流信号;另一部
征量的选择。
分为测量数据显示、处理及分析系统,其作用是将获得
1信号特征分析
的信号显示出来,同时可以利用计算机进行进一步的处
理和分析。
设备状态信号是设备异常或故障信息的载体,适当
在组建检测系统时应遵守以下几点原则:①系统组
的检测方法是获得有效故障信息的重要条件,这是一个!成的适配原则,包括阻抗匹配和频响及动态范围与测试
对信号特征进行分析的过程,因此是设备诊断技术中必」目标的匹配;②系统精度受制于最低环节的原则;③系
不可少的环节。
统配搭要遵守因地制宜的原则;(④系统要定期进行校准
信号的特征分析过程分为确定检测对象、组建检测和标定,保持准确的量值传递。
系统、选择测量方式、选择采样方式、确定测试内容和!1.3测量方式的选择
信号记录等六个步骤。
(1)传感器选掙。传感器直接作用于物件,能按照
收稿日期:2010-08-19
一定规律将被测量。在故障诊断过程中主要涉及振动
噪声、温度、压力等信号的测量,根据信号的不同选用
万方数据
?测试与控制
的传感器类型也不同。
高。而冲击发生的频率由轴承或齿轮的几何尺寸、运动
(2)诊断参数的确定。在设备故障诊断中,被测物「学参数、故障的部位及个数所決定,一般比较低,因此
体的状态信号可能是振动、声音,也可能是压力、温度「可以利用信号的这些特点来诊断故障。
等。即使对同一种信号,描述它的特征参量也不止
为了在较高的采样频率下以较少的数据即能代表原
对于不同的故障和频率范圃,它们之间的灵敏度和」有信号的峰值信息,采用一种压缩数据的采样办法,即
有效性也不相同,因此必须合理选择诊断参数。
采用较高采样频率采样,然后只保留信号中极大、极小
(3)测点位置、数量及方向的确定对诊断效果影响!点的方法。
很大。一般测点数量及方向的确定应考虑能对设备的状1.5确定测试内容
态作出全面的描述;而测试位置则应尽可能选择在对诊
(1)机器正常运行的状态测试。这种測试的目的不
断参数敏感点上,并且该位置应具有使传感器安装、拆「仅是为掌握设备的运行状态,而且把它作为设备故障信
卸方便,测量容易实现,引入干扰最小,所得数据信息:息的载体,因此通过这种状态测试可以对机器原因作出
丰砭可监测整机状态等优点。
诊断,对机组“健康”状况作出评价。这种监测以机器
一般来说,对于确定性振动(常为低频振动)必须「运行过程中的稳态信号作为主要对象,又称在线监测。
同时测量三个方向,对于随即振动(常为高频振动)可
(2)新机安装后,在起动调整中以及投产前的验收
以只测定一个方向。
检测。这种检测的目的是评定机组制造、安装质量,并
1.4选择采样方式
为机组以后的起停和正常运行提供可靠的依据。这种测
(1)一次采样。人为的命令系统进人数据采样状「试除包含各种工况下的稳态状态信号外,还包括机组起
态,每次只采集一个足以满足一次数据处理总长度的信!停过程中的瞬态状态信号。
号样本,然后进行分析处理给出诊断结果。此法适用于
(3)验证性的状态诊断及状态分析试验。这种检测
设备的随即抽检。
的目的是为了确证故障原因,对正常运行中的状态监测
(2)定时采样。系统一旦进人该数据采样模式,便「结果进行验证性试验及深人分析,或建立新机的诊断文
按预设的采样参数采集信号。采样后自动对信号按预定档。这类测试往往涉及机组的稳态及瞬态信号,有时必
方案进行计算诊断并显示结果。若诊断结果超出预置指「须在离线情况下反复进行,因此这是一种在线与离线相
标,系统自动报警并转入进一步的状态分析;否则转入结合的检测。
下一次采样。两次采集的时间间隔可以任意设置。此法
(4)专门性的单项测试。这是对机器设备在开发设
适用于连续运行设备的定时巡检。
计、制造生产、安装调试或使用维修中发生的某种重要
3)利用信号本身特性进行采样。若设备在运行过同题作专门性研究时进行的一种测试,如转子平衡中的
程中发
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