石家莊風(fēng)機(jī)廠振動(dòng)信號(hào)分析方法的確定

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2.3 石家莊風(fēng)機(jī)廠振動(dòng)信號(hào)分析方法的確定
振動(dòng)信號(hào)中包含著機(jī)械系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要信息，選擇合適的振動(dòng)信號(hào)分析方法在故障診斷中尤為重要。
2.3.1 傅里葉變換
自從 1822 年傅里葉(Fourier)發(fā)表“熱傳導(dǎo)解析理論”以來，傅里葉變換一直是信號(hào)處理領(lǐng)域中最完美、應(yīng)用最廣泛、效果最好的一種分析手段傅里葉變換的基本思想是將信號(hào)分解成一系列不同頻率的連續(xù)正弦波的疊加，或者從另一個(gè)角度來說是將信號(hào)從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域。對(duì)于許多情況，傅里葉分析是能夠很好地滿足分析要求的。傅里葉信號(hào)分析主要包括兩個(gè)部分：傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉變換。在傅里葉信號(hào)分析理論中，“任何"周期信號(hào)都可以用成諧波關(guān)系的正弦級(jí)數(shù)來表示；而非周期信號(hào)表示成不全成諧波關(guān)系的正弦信號(hào)的加權(quán)積分，即傅里葉積分(變換)。
在機(jī)械故障診斷技術(shù)中提取信號(hào)特征及特征分析是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，特征提取的完善和正確與否，直接影響到診斷是否成功和診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的各種不同故障，一般都有其相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)特征，振動(dòng)問題是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中最主要的問題，因此在機(jī)械故障診斷和趨勢(shì)預(yù)測(cè)中，振動(dòng)信號(hào)分析成為特征信號(hào)分析所依賴的基礎(chǔ)，振動(dòng)信號(hào)分析方法的優(yōu)劣直接影響著最終判斷、決策的準(zhǔn)確度和精度，信號(hào)分析因而也成為故障診斷領(lǐng)域里最活躍的一個(gè)分支。當(dāng)前常用的機(jī)械故障信號(hào)征兆提取方法，多是假設(shè)振動(dòng)信號(hào)具有平穩(wěn)和高斯分布的特性，但是在工程實(shí)際中，信號(hào)的平穩(wěn)性總是相對(duì)的，當(dāng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障或工作異常時(shí)，其相應(yīng)的振動(dòng)或噪聲信號(hào)一般呈非平穩(wěn)特性，即此時(shí)信號(hào)是時(shí)變的、非平穩(wěn)的。通常情況下，信號(hào)的頻率成分是隨時(shí)間變化的，而傳統(tǒng)的傅里葉變換理論中表征信號(hào)交變的基本量是與時(shí)間無關(guān)的頻率，其頻譜及能量分布的功率譜不能分辨出故障頻率分量出現(xiàn)的具體時(shí)間和變化趨勢(shì)，因此基于傅里葉變換理論的信號(hào)分析技術(shù)只適用于平穩(wěn)信號(hào)分析，要想了解信號(hào)的頻譜和功率譜隨時(shí)間變化的情況，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，所以在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域里進(jìn)行非平穩(wěn)信號(hào)的分析方法研究是非常必要的，對(duì)提高機(jī)械設(shè)備故障診斷及趨勢(shì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性有著重要意義。
2.3.2 小波變換
基于小波變換的時(shí)頻表示的基本思想是：認(rèn)為自然界各種信號(hào)中頻率高低不同的分量具有不同的時(shí)變特性，通常是較低頻率成分的頻譜特征隨時(shí)間的變化比較緩慢，較高頻率成分的頻譜特征則變化比較迅速。因此，按這樣的規(guī)律非均勻地劃分時(shí)間軸和頻率軸，就能獲得比較合適的時(shí)間和頻率分辨力小波變換的小波基函數(shù) ψ ( t)的頻域變換 ψ (ω  )可以解釋為中心頻率為0f 的帶通濾波器。通過改變平移參數(shù)，得到一濾波器組，信號(hào)通過這一濾波器組，便可獲得小波分解系數(shù)。通過改變尺度參數(shù)，中心頻率發(fā)生平移，從而能夠?qū)Ω皖l率的信號(hào)成分進(jìn)行分析。正是由于這種不斷改變中心頻率的行為，使得小波變換能夠?qū)π盘?hào)的不同頻率成分進(jìn)行分析，達(dá)到逐漸精細(xì)的目的。小波變換的這種多尺度特性或者多分辨率特性，使得小波變換被譽(yù)稱為“數(shù)學(xué)顯微鏡”。
雖然小波變換得到了足夠的重視和廣泛的應(yīng)用，但也有一些難以克服的缺點(diǎn)。在小波變換中，可以根據(jù)需要構(gòu)造不同的小波基，正是由于有不同的小波基可供選擇，使得小波變換對(duì)信號(hào)分析有足夠的適應(yīng)性，能夠滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求。我們可以從信號(hào)的全局出發(fā)，根據(jù)一定的準(zhǔn)則，構(gòu)造或者選擇最佳的小波基。但是在小波變換中，小波基一經(jīng)選擇，在整個(gè)分解和重構(gòu)過程中都無法更換，因此有可能該小波基在全局上是最佳的，但對(duì)某個(gè)局部區(qū)域來說卻是最差的。由于小波基對(duì)信號(hào)的局部并沒有適用性，對(duì)某一信號(hào)，依據(jù)什么原則，用什么判據(jù)選擇小波基，目前在理論上和實(shí)際應(yīng)用上都還是一個(gè)難點(diǎn)。目前在工程上影響小波變換應(yīng)用的一個(gè)重要原因就是小波基的選擇，不同的小波基具有不同的性質(zhì)，對(duì)信號(hào)的分析能力也不同，對(duì)同一信號(hào)采用不同的小波基得到的結(jié)果基本沒有可比性。