独立分量分析在滚动轴承包络分析中的应用
唐先广，郭瑜，丁彦春，郑华文
（昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650093）
Application of Independent Components Analysis in Rolling Element Bearing
Envelope Analysis
TANG Xian - guang,GUO Yu,DING Yan chun,ZHENG Hua wen
(Faculty of Mechanical and Electrical Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China)
摘要：提出了一种利用独立分量技术消除或有
效抑制包络分析中强干扰对分析结果影响的方法。该方法首先用包络分析方法提取滚动轴承振动信号的包络波形，再通过独立分量分析实现各振源包络分量的分离去案，最后对滚动轴承相关的包络分量进行包络谱分析，获得对滚动轴承故障在强干扰源存在下的准确结果。
关键词：包络分析；独立分量分析；滚动轴承；故障诊断
中图分类号：TH115 文献标识码：A
文章编号：10012257(2010)12-000604
Abstract:In this paper,a scheme is introduced, which utilizes independent components analysis to remove or suppress the influence of strong dis-turbed signals. Envelope analysis is employed first-ly to extract the envelope waveforms form vibra-tion signals. Then independent components analy-sis is performed to separate from envelope wave-forms to obtain the independent components in en-velope waveforms,which are generated by different independent vibration sources,Subsequently, the disturbance components are removed. Lastly,an ac-curate fault diagnosis result of the rolling element bearing is attained under strong disturbances.
Key words: envelope analysis; independent components analysis; rolling element bearing; fault diagnosis
收稿日期：2010-08-31
基金项目：教育部留学回国人员科研启动基金（教外司留[2009]
1590号）：云南省教育厅科学研究基全（09J0006）：昆明理工大学学生课外
科技创新基金（2010YC035）；昆明
理工大学研究生课外学术科技创新基金（YCA200909） 6
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引言
包络分析是滚动轴承振动信号特征提取的重要
方法之一，但其分析结果易受到外部噪声的干扰而失效。在复杂工况下，传感器采集到的振动信号往往是由多种不同振动源产生，并通过不局传递路径传输的混合信号，若能从该混合信号中将其与故障振动特征提取无关的于扰信号去除或抑制，将有助于对滚动轴承的状况监测和故障诊断。独立分量分析(ICA)可将信号中具有统计独立性的独立分量(IC)进行有效分离，在机械振动按源分离降噪方面得到深人研究和发展1-4]。
包络分析原理
包络分析又称共振解调分析，是目前滚动轴承故障诊断的最常用方法之一。包络分析主要包括共振信号拾取和包络检波两过程，即拾取共振峰（传器或机械系统固有频率）附近处或高频谐振器错振频率处的信号，得到高信噪比的高频振动信号，再通过包络检波的方法得到包络波形，包络波形中包含有与滚动轴承故障诊断相关的特征信息。常用的检波方法包括：宽带解调技术、选频解调技术、希尔伯特(Hilbert)解调技术和离散余弦解调技术等，其中以希尔伯特变换为基础的包络分析方法应用最为广泛[5]。希尔伯特变换公式为：
r+f(r)
(t)
dz
(2 1) %-
包络提取公式为：
X(t)=f()+f()
(1)(2)
f(t)为实值信号,X()为(t)的包络波形。对包络波形经傅立叶变换后得到于(t)的包络频谱。包络分析在滚动轴承中的应用见参考文献[5一6]。
（机械与电子》2010(12）