標度指數，k為計算系數。
[0077]需要說明地是，分別對所述波動函數和所述時間尺度求對數，得到一個雙對數坐 標圖，用最小二乘法擬合數據，其直線部分的斜率即為降噪信號序列的標度指數α，它是降 噪信號序列的"粗糙程度"的一種表現，標度指數α的特性：
[0078] 1 )α在0和0.5之間時，表明此降噪信號具有反關聯特性；
[0079] 2)α在0.5和1之間時，表明此降噪信號具有長程關聯特性；
[0080] 3)α等于〇. 5時，表明此降噪信號是白噪聲；
[0081] 4)α等于1時，表明此降噪信號是Ι/f噪聲；
[0082] 5)α大于1時，表明此降噪信號的冪率關系逐漸停止。
[0083] 步驟S15,根據豪斯道夫分形維數與所述冪率關系式中的標度指數之間的關系，提 取故障特征，得到齒輪箱故障診斷結果；
[0084] 優選地，所述豪斯道夫分形維數與所述標度指數之間，存在以下關系式：
[0085] D = 2-a
[0086] 其中，D為豪斯道夫分形維數。
[0087] 需要說明地是，通過步驟S14對標度指數a特性分析，標度指數實際上反映了時間 序列在特定時間尺度范圍內的自相似性或標度不變性，因此與豪斯道夫分形維數存在著直 接的聯系，去趨勢波動分析法可以有效地計算非平穩時間序列的標度指數，而標度指數可 以反映時間序列在某個時間尺度上的分形特性，因而由去趨勢波動分析法得到的多個標度 指數構成的參數矢量可以作為區分時間序列不同故障狀態的特征參數。
[0088] 優選地，以一個變速箱為實施例，在該變速箱上模擬輕度磨損、中度磨損、斷齒和 正常狀態四種齒輪箱故障狀態，上述四種齒輪箱振動信號如圖2到圖5所示，圖2是本發明的 正常齒輪箱振動信號，圖3是本發明的輕度磨損齒輪箱振動信號；圖4是本發明的中度磨損 齒輪箱振動信號；圖5是本發明的斷齒齒輪箱振動信號，從圖2到圖5可以看出，正常狀態和 斷齒故障振動信號較容易區分，而輕度磨損和中度磨損振動信號由于故障模式相近而難以 區分；
[0089] 進一步，通過Vondark濾波器濾波后，采用去趨勢波動分析法對四種齒輪箱振動信 號序列進行處理，得到的四種齒輪箱故障狀態的標度律曲線圖如圖6到圖9所示，圖6是本發 明的正常齒輪箱振動信號的標度律曲線圖，圖7是本發明的輕度磨損齒輪箱振動信號的標 度律曲線圖，圖8是本發明的中度磨損齒輪箱振動信號的標度律曲線圖，圖9是本發明的斷 齒齒輪箱振動信號的標度律曲線圖，從圖6到圖9可以看出，齒輪箱振動信號序列存在明顯 的長程相關性，可以看出標度律曲線的第二個轉折點對應著電動機的轉速，而標度律曲線 的第一個轉折點則反映了系統的動力學特性，在每種故障狀態下再另取五組數據計算它們 的標度指數，計算結果如表1所示，其均值和均方差如表2所示；
[0090] 表1四種齒輪箱振動信號標度指數的計算結果
[0091]
[0092] 表2四種齒輪箱振動信號標度指數的均值和均方差
[0094]從表1和表2可以看出，四種齒輪箱振動信號序列的兩個標度指數的均方差都比較 小，這說明這兩個參數是兩個穩定的特征參數，能夠準確地刻畫時間序列內部的動力學行 為，確實可以作為表征齒輪箱故障狀態的特征參數，采用特征參數對四種齒輪箱故障信號 進行分類，圖10是本發明的雙標度指數對齒輪箱故障信號的分類效果圖，從圖10可以看出， 以^和句作為二維特征參數矢量，準確地將四種故障狀態進行了分類。
[0095] 本發明實施例中，采用Vondark濾波器對齒輪箱含噪振動信號序列進行低通濾波， 能夠消除在去趨勢波動分析過程中由于噪聲所引起的轉折想象，消除噪聲對去趨勢波動分 析結果的影響，并準確地區分齒輪箱相近故障模式。
[0096] 本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序 產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實 施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機 可用存儲介質（包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等）上實施的計算機程序產 品的形式。
[0097] 本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備（系統）、和計算機程序產品的流程 圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流 程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序 指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產 生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實 現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0098] 這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特 定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指 令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或 多個方框中指定的功能。
[0099] 這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計 算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或 其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一 個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0100]盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造 性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優 選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
[0101]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1. 一種齒輪箱故障診斷方法，其特征在于，包括： 利用傳感器獲取齒輪箱的振動信號； 對所述振動信號進行采樣，得到振動信號序列； 采用Vondark濾波器對所述振動信號序列進行處理，得到降噪信號序列； 采用去趨勢波動分析法對所述降噪信號序列進行處理，得到所述降噪信號序列的波動 函數與時間尺度的幕率關系式； 根據豪斯道夫分形維數與所述幕率關系式中的標度指數之間的關系，提取故障特征， 得到齒輪箱故障診斷結果。2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述降噪信號序列，根據W下步驟確定： 根據傅立葉變換，確定所述振動信號序列的頻譜圖； 由所述頻譜圖，獲得所述振動信號序列的高頻邊界值； 根據所述高頻邊界值和所述Vondark濾波器的頻率響應函數，確定平滑因子； 根據所述平滑因子和所述Vondark濾波器的頻率響應函數，確定所述降噪信號序列。3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述Vondark濾波器的頻率響應函數，根據下 式確定：其中，e為所述平滑因子，f為諧振頻率，31為常數。4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述幕率關系式，根據W下步驟確定： 根據下式確定所述降噪信號序列的累積離差序列：其中，N為常數，變量t = l，2,3-N，變量1 = 1，2,3-*，義(1)為所述降噪信號序列，；為所 述降噪信號序列的全局均值； 將所述累積離差序列W等時間尺度劃分出不重疊的區間序列； 采用最小二乘法對所述區間序列進行多項式擬合，確定區間局部趨勢； 從所述累積離差序列中去除所述區間局部趨勢，并根據下式確定所述降噪信號序列的 波動函數：其中，1為所述時間尺度，yi (t)為所述區間局部趨勢； 根據下式確定所述波動函數和所述時間尺度之間的幕率關系式： F(l)=k . 1。 其中，a為所述降噪信號序列的標度指數，k為計算系數。5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述豪斯道夫分形維數與所述標度指數之 間，存在W下關系式： D = 2-口
【專利摘要】本發明公開了一種齒輪箱故障診斷方法，涉及齒輪箱故障診斷領域，用以解決現有技術中存在齒輪箱相近故障模式區分不準確的問題。該方法包括：利用傳感器獲取齒輪箱的振動信號；利用采樣脈沖對振動信號進行采樣，得到振動信號序列；采用Vondark濾波器對振動信號序列進行處理，得到降噪信號序列；采用去趨勢波動分析法對降噪信號序列進行處理，得到降噪信號序列與時間尺度的冪率關系式；根據豪斯道夫分形維數與冪率關系式中的標度指數之間的關系，提取故障特征，得到齒輪箱故障診斷結果。
【IPC分類】G01M13/02
【公開號】CN105588717
【申請號】CN201510937825
【發明人】竇春紅
【申請人】濰坊學院
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年12月10日