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形态滤波解调在滚动轴承损伤类缺陷诊断中的应用研究

杜秋华  
【摘要】:当滚动轴承存在局部损伤类缺陷时,其振动表现为复杂的调幅振动。该调幅振动的载波为滚动轴承的某一高频固有振动,而调制波为与缺陷或损伤有关的通过振动。因此要进行滚动轴承缺陷诊断,必须先采用一定的解调技术提取调制波。由于形态滤波解调可以有效地提取信号的边缘轮廓以及信号的形状特征,因此本文提出利用形态滤波来提取滚动轴承振动信号中的脉冲信号,并成功地将形态滤波解调技术应用到滚动轴承损伤类缺陷诊断中;同时,本文通过将小波滤波应用到包络解调中来验证形态滤波解调所得出的结论。本文的具体工作包括以下几个方面: 1.形态运算的选择:形态滤波的基本思想就是通过选择特定的结构元素与被研究信号做形态运算而实现滤波。采用不同的形态运算所构成的不同形态滤波器,其滤波效果是不同的。在比较各种滤波器滤波效果之后,本文针对滚动轴承缺陷信号的特征,采用能比较完整地提取出信号中的正脉冲的闭运算进行滤波。 2.结构元素的选择:形态滤波的效果也与结构元素的选择有着直接的关系,一般只有与结构元素的尺寸和形状相匹配的信号基元才能被保留。为了完整地保留信号的形状特征,同时在研究了不同尺寸的直线结构元素所提取出来的脉冲信号与噪音信号之间关系的基础上,本文采用了幅值为零、长度为0.6T(T为通过周期)的直线型结构元素。通过实验验证,所采用的结构元素能够比较完整地将滚动轴承的脉冲信号提取出来。 3.将形态滤波运用到滚动轴承缺陷诊断中,并给出相应的诊断判据:通过上述所选的形态运算及结构元素,本文对滚动轴承的振动信号进行形态闭运算滤波,然后对滤波后的信号进行FFT变换,最终得到信号的包络谱。在对此包络谱进行分析的基础上,给出了相应缺陷的诊断判据。 4.将小波滤波应用到包络解调中,并验证形态滤波解调所得出的结论:在包络解调中,带通滤波尤为重要。由于小波变换具有带通滤波的性质,本文提出采用小波滤波来代替传统的数字滤波器,并给出了相应的算法。通过对应的实验分析及比较,验证了形态滤波所得出结论的正确性,同时也得出形态滤波解调具有较高信噪比,对非线性振动信号分析更具适应性以及更加适合现场在线监测的结论。


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