机械设备故障诊断技术专项培训

窄带随机信号
随机信号（非 确定性信号）
非各态历经信号
非平稳随机信号
非周期信号
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
瞬变信号：例如，锤子的敲击力；承载缆绳断裂时应力
变化；热电偶插入加热炉中温度的变化过程等，这些信
号都属于瞬变非周期信号，并且可用数学关系式描述。
单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应
实际监测信号的成分
傅里叶
“An arbitrary function, coutinous or with discontinuities, defined in a finite interval by an arbitrarily capricious graph can always be expressed as a sum of sinusoids”
2
4
复杂的周期信号
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
减速箱轴承座的振动信号
信号的分类
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
简谐信号
周期信号
确定性信号
复杂周期信号 准周期信号
非周期信号
动态信号
瞬变信号
宽带随机信号
各态历经信号
平稳随机信号
窄带随机信号
随机信号（非 确定性信号）
非各态历经信号
非平稳随机信号
f t
t O
f n
n
量化
数字信号——时间和幅值均离散
f n
n
信号的分类
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
根据信号和时间变量是否连续分：
连续时间信号、离散时间信号
从信号的变化规律分：
确定性信号、随机性信号
按信号幅值随时间的变化规律分：
静态信号(直流信号)、动态信号
信号的分类
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
复杂的周期信号是由频率比为有理数的不同频率的正弦
信号迭加而成
x(t)
sin
0t
1 2
sin
30t
1 4
sin
50t
x(t) sin 80 t 3sin100 t 5sin120 t .....
周期的确定根据各频率值的最大公约数的倒数来确定
x(t) sin t 1 sin 3t 1 sin 5t
简单的周期信号，如正弦信号、其有单一的频率，又称为简 谐周期信号。
x(t) Asin(t )
幅值：振动 频率：故 相位 能量大小 障定位
简单的周期信号
例1：简单弹性质量系统
x(t) m
k
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
例2：在旋转机械中，因转子
质量不平衡产生的振动
F（t）
t
c
e
x(t) x0 sin(
非周期信号
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
准周期信号：由一系列频率比为无理数的正弦波组成
X (t) sin 0t sin 20t
信号的分类
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
简谐信号
周期信号
确定性信号
复杂周期信号 准周期信号
非周期信号
动态信号
瞬变信号
宽带随机信号
各态历经信号
来自百度文库
平稳随机信号
实测信号 5
0
例如：
-5
旋转机械不平衡故障
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
实际监测信号的成分
实测信号2 = 低频信号调制高频信号
X sin(2 50t).*sin(2 5t)
例如：
轴承内圈故障信号
工程信号分析与处理
信号的分类与描述 周期信号与傅里叶级数 非周期信号与傅里叶变换 离散傅里叶变换与数字信号处理
例：电机驱动压缩机运转
电机轴旋转频率
电机冷却风扇叶片通过频率
压缩机风扇叶片 通过频率
采集到的信号 4
2
该如何分析？
0
-2
-4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
背景介绍 基于振动分析的故障诊断应该具备的知识：
信号采集（传感器、A/D、采样定理） 信号分析基础（FFT、卷积） 信号处理方法（幅域、时域、频域）
幅值
时间 随设备劣化，不同技术对设备诊断的有效性
工程信号分析与处理
信号的分类与描述 周期信号与傅里叶级数 非周期信号与傅里叶变换 离散傅里叶变换与数字信号处理
抽样
信号的分类
模拟信号和数字信号
模拟信号——时间和幅值均连续
抽样信号——时间离散，幅值连续
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
机械设备故障诊断技术
2010.10
复习
故障诊断的基本概念：
1 Why ? 为什么要进行设备故障诊断 保障设备安全 2 What ? 什么是设备故障诊断 给机器看病 3 How ? 如何进行设备故障诊断 监测、诊断、决策
复习
故障诊断的特点： 多样性 层次性 相关性 延时性 不确定性
背景介绍
实测信号1 = 有用信号 + 噪声 + 冲击
有用信号 1
0
-1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
随机噪声 2
0
-2 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
周期冲击 5
0
-5 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
k m
t
0
)
多故障耦合及噪声的存在，使得实 际信号不会是标准的正弦波
信号的分类
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
简谐信号
周期信号
确定性信号
复杂周期信号 准周期信号
非周期信号
动态信号
瞬变信号
宽带随机信号
各态历经信号
平稳随机信号
窄带随机信号
随机信号（非 确定性信号）
非各态历经信号
非平稳随机信号
复杂的周期信号
简谐信号
周期信号
确定性信号
复杂周期信号 准周期信号
非周期信号
动态信号
瞬变信号
宽带随机信号
各态历经信号
平稳随机信号
窄带随机信号
随机信号（非 确定性信号）
非各态历经信号
非平稳随机信号
周期信号
周期信号的定义
工程信号分析与处理 信号的分类与描述
f (t) f (t nT0 )
T0 最小重复时间，称为周期
“周期函数都可以表示成为谐波关系的正弦函数的加权和”
——傅里叶的第一个主要论点，即傅里叶级数
“非周期函数都可以用正弦函数的加权积分表示” ——傅里叶的第二个主要论点，即傅里叶变换
J.B.J. Fourier
Fourier, Jean Baptiste Joseph French baron, physicist, mathematician 1768 - 1830
Cooley, Tukey: FFT in 1965
傅里叶级数与傅里叶变换 傅里叶最主要的两个贡献：
工程信号分析与处理 周期信号与傅里叶级数