机械故障诊断技术4_信号特征提取技术

第四章 信号特征提取——信号分析技术

通过信号测取技术将机械设备的运行状态转变为一系列的 波形曲线——A（t）、B（t）等，通过A/D 变换转化成离散的 数字曲线序列——A（i）、B（i）等。由于运转的机械设备中 存在多个振动源，这些振动信号在传输路上又受到传输通道特 性的影响，当它们混杂在一起被传感器转换成波形曲线时，呈 显出混乱无规律的形态。因此需要从中进行识别——信号特征 的提取。 平稳定转速运转的机械设备，无论有多少个振动源，其产 生的振动信号都是与转速相关的强迫振动信号，也是周期性信 号。在这个基础上，可以认定：凡是与转速相关的信号属于设 备运转状态信号，与转速无关的信号属于工艺参数信号、结构 参数信号、电气参数信号。 信号分析技术包含了许多种信号分析方法，各种分析方法 都有其适应的范围。评定某个分析方法是否适用于机械故障诊 断，只有一个标准——简洁实用。简洁指该分析方法所依据的 数学基础清晰易懂，实用指用该分析方法所获取的信号特征能 作出明确、合理、有效的解释。

4．1 信号特征的时域提取方法

4．1．1 平均值

平均值描述信号的稳定分量，又称直流分量。

1 X N

x (t )

i 1 i

N

在平均值用于使用涡流传感器的故障诊断系统中。当 把一个涡流传感器安装于轴瓦的底部（或顶部），其初始 安装间隙构成了初始信号平均值——初始直流电压分量， 在机械运转过程中，由于轴心位置的变动，产生轴心位置 的振动信号。这个振动信号的平均值即轴心位置的平均值。 经过一段时间后，轴心位置平均值与初始信号平均值的差 值，说明了轴瓦的磨损量。

4．1．2 均方值、有效值

均方值与有效值用于描述振动信号的能量。 均方值 X

2 rms

1 N 2 xi (t ) N i 1

有效值Xrms又称均方根值，是机械故障诊断系统中用 于判别运转状态是否正常的重要指标。因为有效值Xrms描 述振动信号的能量，稳定性、重复性好，因而当这项指标 超出正常值（故障判定限）较多时，可以肯定机械存在故 障隐患或故障。 若有效值Xrms的物理参数是速度（mm/s），就成为 用于判定机械状态等级的振动烈度指标。

4．1．3 峰值、峰值指标

通常峰值Xp是指振动波形的单峰最大值。由于它是一 个时不稳参数，不同的时刻变动很大。因此，在机械故障 诊断系统中采取如下方式以提高峰值指标的稳定性：在一 个信号样本的总长中，找出绝对值最大的10个数，用这10 个数的算术平均值作为峰值Xp。 峰值指标Ip

Ip Xp X rms

峰值指标Ip和脉冲指标Cf都是用来检测信号中是否存 在冲击的统计指