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基于相位差校正法的全息谱研究

作　者: 陈建波
导　师: 汤宝平
学　校: 重庆大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 相位差频谱校正全息谱旋转机械故障特征提取
分类号: O438.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

全息谱技术是在机械设备尤其是大型旋转机械故障诊断领域发展起来的一项新技术。基于FFT的振动信号分析基本能满足常见的故障特征提取和故障分析的要求,但由于其不能有效利用振动信号的相位信息,因此不能完全满足精密诊断和复杂故障诊断的需求,全息谱技术正是在这种情况下发展起来的。由于全息谱技术充分利用了一个或多个截面上水平和垂直通道的振动信号的幅值、频率和相位信息,因此比一般方法更能够准确识别和诊断大型旋转机械隐含的故障特征。本课题以旋转机械振动信号全息谱分析技术为研究对象,研究并提高全息谱分析的精度。综合分析了国内外现有的离散频谱校正技术,并比较了各种频谱校正方法的优缺点。详细介绍了离散频谱比值校正法、能量重心校正法、FFT+FT细化法和几种相位差校正法的原理、方法及实现过程。研究结果表明,基于连续等长的两段信号的相位差校正法相对于比值校正法在噪声环境下具有更好的校正精度,尤其是相位校正精度。在此基础上,结合各种频谱校正方法的特点,提出了基于连续等长的两段信号的相位差校正法的全息谱分析方法,以下简称基于相位差校正法的全息谱。研究并实现了基于相位差校正法的全息谱。基于相位差校正法的全息谱的实质是反映旋转机械转子同一截面两个相互垂直通道的振动信号的信息。它是在傅立叶算法的基础上,通过相位差频谱校正技术,精确求得按自由方式(非等转角间隔整周期)采集的振动信号的幅值、频率和相位值,然后将转子同一截面水平和垂直方向振动信号的幅值、频率和相位信息进行集成,用合成的一系列椭圆来描述不同频率分量下转子的振动行为。详细论述了基于相位差校正法的全息谱的原理、算法步骤及实现过程。仿真和现场试验研究表明,本文所研究的基于相位差校正法的全息谱分析方法是正确而且有效的。在上述研究的基础上,采用面向对象的编程语言VC++,开发了旋转机械全息分析系统,主要包括了数据采集、时域分析、频谱分析、频谱校正、二维全息谱、三维全息谱、全息瀑布图以及全息轴心轨迹等分析模块。现场试验研究表明,本文所开发的旋转机械全息分析系统功能正确,具有较好的工程实用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题来源  8
  1.2 全息谱的发展概况和应用  8-12
    1.2.1 全息谱的发展概况  8-10
    1.2.2 全息谱的应用  10-12
  1.3 课题的提出和研究意义  12-13
  1.4 课题研究目的和内容  13-15
    1.4.1 研究目的  13
    1.4.2 研究内容  13-15
2 离散频谱相位差校正法  15-25
  2.1 频谱校正的基本原理  15
  2.2 常用离散频谱校正方法  15-21
    2.2.1 离散频谱比值校正法  15-16
    2.2.2 离散频谱能量重心校正法  16-17
    2.2.3 FFT+FT 细化法  17-18
    2.2.4 离散频谱相位差校正法  18-21
  2.3 实例分析  21-24
    2.3.1 仿真实验  21-23
    2.3.2 测试实验  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3 基于相位差校正法的全息谱研究  25-37
  3.1 经典全息谱原理及算法  25-26
  3.2 基于相位差校正法的全息谱的原理及算法  26-30
    3.2.1 基于相位差校正法的全息谱的原理  26-28
    3.2.2 基于相位差校正法的全息谱的算法实现  28-30
  3.3 基于相位差校正法的全息谱分析  30-36
    3.3.1 仿真信号分析  30-33
    3.3.2 实测信号分析  33-36
  3.4 本章小结  36-37
4 旋转机械全息分析系统的研制  37-56
  4.1 旋转机械全息分析系统的总体设计  37-38
  4.2 旋转机械全息分析系统的硬件设计  38-40
    4.2.1 数据采集器的选择  38-39
    4.2.2 传感器的选择  39-40
    4.2.3 信号处理前端电路的选择  40
  4.3 旋转机械全息分析系统软件设计  40-55
    4.3.1 系统面板设计  40-41
    4.3.2 参数设置和控制模块设计  41
    4.3.3 数据显示模块设计  41-43
    4.3.4 数据采集模块设计  43-47
    4.3.5 数据分析模块设计  47-55
  4.4 本章小结  55-56
5 全息分析系统的应用  56-67
  5.1 柔性转子试验台故障信号全息谱分析  56-61
  5.2 二氧化碳压缩机故障信号全息谱分析  61-64
  5.3 裂纹转子故障信号全息谱分析  64-66
  5.4 本章小结  66-67
6 结论与展望  67-69
  6.1 工作总结  67
  6.2 存在的问题与展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录  73

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