探析信号处理在机械设备故障诊断中的应用

谭秋林 李双林

摘 要：本文以机械设备故障诊断为研究视角，针对信号处理在故障诊断中的应用展开分析讨论，集中探讨了循环平稳信号处理技术如何应用到机械设备故障诊断实践中，希望可以为相关工作的开展提供参考与借鉴。

关键词：信号处理；机械设备；故障诊断

0前言

在机械设备运行过程中对于机械设备信号的提取与分析主要可以应用两种方法，其一是稳态信处理方法，这一技术如今发展的非常成熟，应用比较广泛。其二就是非平稳信号处理技术，可以极大程度的提升机械设备故障诊断的效率。

1 循環平稳信号处理概述

所谓循环平稳信号是指在统计特征函数之时可以表现出周期性变化的特征。循环平稳信号在实践应用中表现出非常大的价值与作用。一般情况下来讲，机械设备运行的实过程中会出现普遍性的平稳信号，在统计系统统计学特征的过程中，可以有效利用单次记录时间的平均数去代替平均的集合，统计的特点是可以随时进行变换的，所以在实践中并没有办法对上述特征实施准确的变化，循环平稳信号自身具备的最大特点就是稳定性和平稳定，所以单独收集的过程中可以得到的数据都是具有一定的普遍性特征的，也正是因为这一特点使得该项技术比较适合应用到数据的分析与处理当中。

现阶段，循环平稳信号已经得到广泛的应用，在通讯行业、机械领域表现出极好的应用效果。例如当机械设备运行的过程中，机械的滚动轴承显示出了反复性的振动信号[1]。如果滚动轴承出现了相关的故障，由于受到机械设备运行周期性旋转和周期性因素的影响，使得机械设备将会产生非常复杂的、难以识别的振动信号，此种信号会包含着很多随机信号。而对于这些随机信号，通常认为其实具有一定规律的，所以对于这种信号实循环平稳信号分析，可以快速的分析出已经被埋没的噪声周期因素。基于此，将循环信号处理技术应用到机械故障诊断中可以发挥极大的意义，需要引起足够的重视。如图1 所示。

图 1 循环平稳信号

2 循环平稳信号处理技术在机械机械故障诊断中的应用

第一，一阶循环统计量的有效应用。一阶循环统计量的主要内容就是一阶循环矩，将其应用到是实践中，主要是通过对循环矩的分析，就可以建立起一套拥有噪声干扰的增幅振动信号模型，之后开展四个不同组别的仿真性模拟试验。通过试验数据显示，我们就可以准确达到发现机械设备运行与转动的过程中调幅信号是表现出特定的循环平稳特质的，有效利用非平稳信号的循环平稳特点，配合循环矩阵的分析结论，就可以快速的发现提出信号在噪声干扰情况下所展示出来的规律性特点。然后就可以对一阶循环平稳信号实施合理化的升级，提出其中双向同步平均数值，主要的目的就是将一阶循环矩的状态特征表示出来，此时就可以快速的分析出变速箱齿轮的振动信号，结果会显示不仅可以反应出齿轮啮合的情况，还可以同步将齿轮自身存在的缺陷检测出来。但是需要注意的是循环平均值并不具备调节性能，所以不能对多种调制类型的机械信号进行抽取与分离，也正因如此这一技术在机械设备的故障诊断中并没有表现出独有的优势，而是通常应用小波分解、幅值等手段进行分析处理。

第二，二阶循环统计量的有效应用。在该项技术当中主要包括了循环密度函数和循环平稳度等。针对二阶循环统计量实施研究的基础上，我们首先需要对二阶循环统计量分析法与传统分析法实施对比。对于第一种分析方法，主要是通过对故障轴承的振动信号进行处理，之后指出各自存在的优势与缺点。循环信号处理是一项十分强大的系统与技术，针对旋转型机械故障的诊断精准度极高。这就证明变速箱的震动信号也是具备二阶循环信号的平稳性特点的，这一信号的密度函数可以作为识别振动参数的依据，通过齿轮故障开展的震动型试验，可以得出相关故障结论。还有一种分析方法就是有效利用分析包络以及统计量谱的密度，进而总结这些因子在设备当中的联系与区别，通过研究可以证明通过循环谱的密度与精准度是可以有效显示出轴承自身所存在故障的特征的。与此同时，也证明了积分普的密度情况与包络谱之间属于等价关系，从而也就实现了对于包络谱相关理论的补充与证明。在应用循环密度方法以及平方包络调节方法的过程中都是可以引入循环平稳信号做出调节。通过相关试验的实验数据结果显示，指明了在平方包络分析当中由于构架了一定的解析函数，从而使得数值平方和循环使得混叠效应受到了有效的抑制。与此同时，也包括一种方法，通过振动信号这一角度出发，去证明多循环平稳性、纯循环平稳的概念，还有一种就是与周期过程、平稳过程之间的相互关系。上述两种方法分别对循环平稳性做出了研究，得出不相同的循环平稳性条件。即在旋转机械设备等角度采样得到相关振动信号的时候，只要是转速发生波动之后转向平稳的时候，采样的信号也会同属于循环平稳信号。循环平稳信号在机械设备运行的过程中会广泛存在，所以应该打破常规性的平稳假设，在循环平稳的基础上对旋转机械进行研究，此时生成的研究信号更加符合实际。以齿轮、内燃机和滚动轴承进行比较，之后就会生成平稳模型。

3结语

将信号处理技术应用到机械设备故障诊断中，可以非常精准的检测出设备的故障，提高故障检测效率，有利于确保机械设备的健康稳定运行，进而提高生产效率。希望通过文章的阐述，可以使得相关工作人员认识到信号处理技术的应用优势，结合实际情况与故障诊断需要，积极提高信号处理技术的应用水平，提高故障识别诊断效率，最终提升生产力水平。

参考文献：

[1]季建胜.机械设备故障诊断中循环平稳信号处理的应用[J].科技与企业，2013（21）：315.