|
监测轴承故障的新方法
――峰值(PeakVue)分析法 摘要
本文阐述了一种监测轴承故障的新方法，即分析有限波段信号的峰值(PeakVue)。对于轴承而言，该方法着眼于分析由于轴承金属冲击、刮擦以及研摩等原因造成的压力波形。不同于检波分析法，峰值(PeakVue)分析法不需要低通滤波器，这表明并不绝对的需要低频来调制高频载波信号。在理论和实践上，峰值(PeakVue)分析法适用于监测从超低速旋转机械(<1 RPM)到高速旋转机械的轴承故障。实践证明峰值(PeakVue)分析法在中速旋转机械方面和检波分析法同样有效，而在低速旋转机械方面更加有效。本文的结论将证明峰值(PeakVue)分析法在一般的应用中比检波分析法效果更好。
1.0 绪论
本文介绍一种新的信号分析方法，分析所需的信号由加速度传感器采集。这种分析方法的要点是峰值(PeakVue)，而峰值(PeakVue)取自一段选定的时间间隔。该时间间隔的选取必须与为分析特定振动而对采样数据做的快速傅立叶变换(FFT)的频带宽度一致。如果定义上述频带宽度为fmax，那么一般采样频率为2.56倍fmax。则峰值所在的时间间隔约为(大于或等于) 采样频率的倒数。例如，假设fmax ＝10 Hz，则时间间隔为(2.56*10)-1或者39毫秒。这样峰值将在连续的时间间隔中取得，直到获得下一步处理所需的数据。一般来说，下一步处理包括：a)频谱分析；b)时域峰值波形分析。峰值可用*模拟电路或者数字电路取得。
2.0分析的方法
2.1 引言
这里对峰值(PeakVue)分析法和检波分析法用于低速旋转机械轴承故障监测进行比较。为了监测轴承故障，需要监视轴承冲击，冲击变化可以在轴承发生故障的早期到中期被观测到。金属之间的冲击，其伴生的压力波形是短周期(低于毫秒级)宽频带(大约1 kHz 到50 kHz 或更高)。随着故障的发展，包含冲击事件的频谱将向低频段发展(锐边磨损)。
2.2峰值(PeakVue)分析法
为了监测冲击，加速度传感器采集的信号经过高通滤波(~1 kHz)，其目的a)使信号集中于冲击信号存在的频段；b)分离冲击信号和普通振动信号。高通滤波对于峰值(PeakVue)分析法的作用与其对于检波(封装)分析的作用类似。
如图1a的时间迹线，图中相等间隔的垂线表示一个A/D转换器在相同时间间隔获取数据点的次数。对于峰值(PeakVue)分析，模拟或者数字电路被用于将图1a的信号转换为图1b的信号。图1b的信号由图1a的峰值信号构造得到，图1a中每次增加的常量是峰值从最初时刻到经历同样时间间隔的增量。采样时间的增加根据分析频率带宽而定，即采样时间的增加是2.56* fmax的倒数以适合大部分采集器和分析器。显然峰值之间的时间增量改变分析频率带宽的倒数。例如，在fmax ＝100 Hz时时间增量约为3.9毫秒，当fmax ＝10 Hz时时间增量约为39毫秒。为了更详细的加以阐述，构造一个叠加了白噪声的短时高频脉冲测试信号。该测试信号是一个2.0毫秒的频率为10 KHz的脉冲信号，图2a是一个每秒10脉冲的信号。图2b、2c和 2d分别是该测试信号在分析频率为200 Hz、50 Hz和20 Hz 对应的输出峰值。值得注意的是脉冲信号的持续时间增加但是振幅和频率保持恒定。此外，峰值信号的一个特征是只要保持峰值间隔大于或者等于采样间隔就没有高频分量。
2.3 峰值(PeakVue)分析法与封装(检波)的比较
封装(检波)时，信号需要通过高通滤波器加以校正(半波或全波)，同时使用低通滤波器将可能存在的低频调制信号从高频载波中分离。当分析波段确定时(通常按照fmax的3dB选取)，滤波器一般是作为抗混杂滤波器使用。基本上，检波的校正过程被峰值(PeakVue)分析过程取代，而且延续到峰值(PeakVue)分析过程。
图3表示的是检波和峰值(PeakVue)的比较，信号为10毫秒10 KHz脉冲信号，叠加每秒10次或1次的噪音，famx分别为200 Hz、100 Hz和20 Hz。图4给出类似的比较，只不过脉冲信号位2毫秒。
图3和图4的结论显示，峰值(PeakVue)的比较的结果与脉冲信号的宽度和fmax无关，尽管这一无关性对于检波也是显然的。一个明显得结论是峰值(PeakVue)分析在低速机械的轴承故障监测和趋势等方面要优于检波分析。 | 
发表于 2007-4-13 14:23
显身卡
发表于 2008-2-1 10:31
