基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法技术

本发明专利技术公开了基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，属于机械设备状态检测与监测技术领域，该检测方法具体步骤如下：(1)安装编码器；(2)信号采集；(3)信号处理；(4)数据预处理；(5)建立频谱图；(6)故障分析检测；该发明专利技术通过在齿轮箱的输入和输出轴上分别安装编码器，有利于齿轮箱在非稳态时，对齿轮箱的运行状态进行快速而准确的反映，并且该方法设置有差分通和滤波器，有利于提高后续分析检测的精度，进而有利于提高本发明专利技术的故障识别率。进而有利于提高本发明专利技术的故障识别率。进而有利于提高本发明专利技术的故障识别率。

【技术实现步骤摘要】
基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法


[0001]本专利技术涉及机械设备状态检测与监测
，尤其涉及基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法。

技术介绍

[0002]经检索，中国专利号CN108223782A公开了一种行星齿轮箱故障检测方法，该方法通过提取齿轮故障特征，同时利用支持向量机结构进行故障检测，此专利技术在齿轮箱系统工作在稳态时有着较高的故障检测率，但对齿轮箱系统工作在非稳态时，其故障特征易受到外界影响，形成频率混叠现象，容易产生很多问题；齿轮箱系统作为机械设备中最普遍和最重要的部件之一，其运行状态将对整个设备的使用性能起到决定性的作用；对齿轮箱系统进行运行状态的识别，是保障机械设备安全运行的基础；目前人们对于齿轮箱系统的故障信号的分析大多也都在时域或者频域内，在时域中，主要利用信号的有效值、峰值和峭度等指标来识别故障信息；在频域中，主要利用频谱分析、包络解调和倒谱分析等方法来识别故障信息；但在时域或是在频域内都必须假定行星齿轮箱系统的信号为平稳信号，在使用时域或者频域的分析法得到的信息都是行星齿轮箱系统运行状态的平均信息，而并不是其运行状态的瞬态信息，这样不能准确的反映齿轮箱系统的运行状态；因此专利技术出基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法变得尤为重要：
[0003]现有的齿轮故障检测方法大多都是针对传统齿轮传动系统进行的振动检测，主要是在齿轮箱工作稳态时，利用振动故障信号，同时通过故障诊断算法进行检测，但这种方法对于齿轮箱工作在非稳态时，无法及时准确的反映齿轮箱的运行状态，且故障的识别率低，为此我们提出基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，该检测方法具体步骤如下：
[0007](1)安装编码器：分别在齿轮箱的输入和输出轴上安装轴角编码器，以提取齿轮箱系统的运行状态信号；
[0008](2)信号采集：将齿轮箱通电，使齿轮箱的输入和输出轴带动编码器进行转动，以获得输入端周期性编码器转角电信号和输出端周期性编码器转角电信号；
[0009](3)信号处理：利用采集卡对步骤(2)获取到的输入端周期性编码器转角电信号和输出端周期性编码器转角电信号进行增益放大和过滤处理，同时对增益放大和过滤处理后的输入端周期性编码器转角电信号和输出端周期性编码器转角电信号进行重采样；并利用A/D转换器对其进行数模转换，得到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号；
[0010](4)数据预处理：对输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号分别进行去均值处理；
[0011](5)建立频谱图：利用上位机软件分别对输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号进行短时傅里叶变换，得到输入端频谱图和输出端频谱图；
[0012](6)故障分析检测：根据频谱图进行频谱分析，若输入端频谱图和输出端频谱图的频率一致，则表示齿轮箱正常，若输入端频谱图和输出端频谱图的频率不一致，则视为齿轮箱故障。
[0013]进一步地，步骤(1)所述编码器具体为一种增量式光电轴角编码器；其主要由发光管、主轴、狭缝、码盘、接收管和输出电路构成；所述增量式光电轴角编码器用于测量转轴的角位移和直线位移，并将其转换成编码器转角电信号。
[0014]进一步地，所述采集卡包括有8路差分通道、滤波器和A/D转换器，所述8路差分通道用于将采集到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号进行增益放大处理；所述滤波器用于将采集到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号进行过滤和工频处理，消除传输过程中的各种噪声干扰；所述A/D转换器用于将经过增益和滤波处理后的输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号进行模数转换，得到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号。
[0015]进一步地，步骤(4)所述去均值处理具体公式如下：
[0016][0017]式中：Q
入
(n)为预处理后的输入端周期性编码器转角数字信号；
[0018]X
入
(n)为原始信号；
[0019]为原始信号值；
[0020][0021]式中：Q
出
(n)为预处理后的输出端周期性编码器转角数字信号；
[0022]X
出
(n)为原始信号；
[0023]为原始信号值。
[0024]进一步地，所述上位机具体为PC端；所述上位机软件采用Labview软件。
[0025]进一步地，所述短时傅里叶变换公式如下：
[0026][0027]式中：g(t
‑
τ)表示对时域的限制；
[0028]e
‑
j2πωft表示对频域的限制。
[0029]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0030]1、该基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，相较于传统的利用振动信号检测齿轮箱方法；该方法在使用时分别在齿轮箱的输入和输出轴上安装轴角编码器，用于采集输入端周期性编码器转角电信号和输出端周期性编码器转角电信号，同时利用采集卡
对其进行增益放大和过滤处理，之后通过A/D转换器对其进行数模转换，得到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号，并同时利用短时傅里叶变换进行频谱图的构建，有利于齿轮箱工作在非稳态时，能够及时准确的反映齿轮箱的运行状态，并且使本专利技术故障识别率高；
[0031]2、该基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法设置有8路差分通道和滤波器，其中8路差分通道用于将采集到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号进行增益放大处理，而滤波器用于将采集到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号进行过滤和工频处理，消除传输过程中的各种噪声干扰；有利于提高后续分析检测的精度，进而有利于提高本专利技术的故障识别率。
附图说明
[0032]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0033]图1为本专利技术提出的基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法的整体结构示意图；
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0035]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，其特征在于，该检测方法具体步骤如下：(1)安装编码器：分别在齿轮箱的输入和输出轴上安装轴角编码器，以提取齿轮箱系统的运行状态信号；(2)信号采集：将齿轮箱通电，使齿轮箱的输入和输出轴带动编码器进行转动，以获得输入端周期性编码器转角电信号和输出端周期性编码器转角电信号；(3)信号处理：利用采集卡对步骤(2)获取到的输入端周期性编码器转角电信号和输出端周期性编码器转角电信号进行增益放大和过滤处理，同时对增益放大和过滤处理后的输入端周期性编码器转角电信号和输出端周期性编码器转角电信号进行重采样；并利用A/D转换器对其进行数模转换，得到输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号；(4)数据预处理：对输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号分别进行去均值处理；(5)建立频谱图：利用上位机软件分别对输入端周期性编码器转角数字信号和输出端周期性编码器转角数字信号进行短时傅里叶变换，得到输入端频谱图和输出端频谱图；(6)故障分析检测：根据频谱图进行频谱分析，若输入端频谱图和输出端频谱图的频率一致，则表示齿轮箱正常，若输入端频谱图和输出端频谱图的频率不一致，则视为齿轮箱故障。2.根据权利要求1所述的基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，其特征在于，步骤(1)所述编码器具体为一种增量式光电轴角编码器；其主要由发光管、主轴、狭缝、码盘、接收管和输出电路构成；所述增量式光电轴角编码器用于测量转轴的角位移和直线位移，并将其转换成编码器转角电信号。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏民，禅亮，薛萍，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：