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用于設(shè)備故障診斷的頻譜類(lèi)型有很多，本文主要給大家介紹五種常用頻譜的特點(diǎn)及其應(yīng)用。

01、幅值譜X

把一個(gè)振動(dòng)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，是用有限個(gè)或無(wú)限個(gè)簡(jiǎn)諧函數(shù)表示振動(dòng)信號(hào)的一種方法。簡(jiǎn)諧函數(shù)是有限還是無(wú)限，由振動(dòng)信號(hào)x(t ) 的頻率成分來(lái)決定。每個(gè)簡(jiǎn)諧函數(shù)都有一個(gè)確定的頻率與之對(duì)應(yīng)，一個(gè)頻率代表一個(gè)簡(jiǎn)諧函數(shù)。

幅值譜 X 反映振動(dòng)信號(hào)x(t ) 中各個(gè)簡(jiǎn)諧分量的幅值與其頻率的關(guān)系，它揭示了信號(hào)在不同頻率上的幅值特性。利用幅值譜，我們就可以從頻率的觀點(diǎn)上去分析信號(hào)的變化特征，可以及時(shí)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)作出比較可靠的判斷。圖1是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不平衡的時(shí)域波形（圖a）和幅值譜圖（圖b），從波形看是一個(gè)準(zhǔn)周期信號(hào)，在頻譜圖上顯示出多個(gè)頻率成分，但其中以1次諧波幅值最突出，表明轉(zhuǎn)子不平衡是主要問(wèn)題，此外還存在一些非線性問(wèn)題。從頻率結(jié)構(gòu)的成分并比較各個(gè)頻率的幅值大小，可以對(duì)設(shè)備狀態(tài)作出初步判斷，并找到發(fā)生故障的主要原因。

(a) 時(shí)域波形；(b) 幅值譜

圖1 汽輪機(jī)不平衡振動(dòng)的波形和幅值譜

02、自功率譜Sx (簡(jiǎn)稱(chēng)自譜)

自功率譜Sx 表示振動(dòng)信號(hào)x(t ) 中各諧波分量的頻率與其能量的關(guān)系，在機(jī)械故障診斷中有著廣泛的用途，用它來(lái)分析振動(dòng)信號(hào)的頻率成分和結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及各頻率成分的能量大小。圖2是滾動(dòng)軸承在新舊兩種狀態(tài)下的自譜圖?？梢钥闯觯f軸承在所有頻率上的振動(dòng)能量增大了，在1000Hz以上增幅更大一些。根據(jù)譜圖的變化特征，結(jié)合滾動(dòng)軸承動(dòng)態(tài)特性分析，即可對(duì)舊軸承的狀態(tài)作出判斷。

圖2 新舊滾動(dòng)軸承自譜圖

03、倒頻譜Cx (簡(jiǎn)稱(chēng)倒譜)題

倒頻譜也稱(chēng)逆譜，或稱(chēng)功率譜。它是對(duì)自功率譜Sx(f ) 取對(duì)數(shù)后再進(jìn)行傅里葉逆變換得到的，因而又回到了時(shí)域，所以倒頻譜又稱(chēng)作時(shí)譜，時(shí)間單位常用ms（毫秒）(1s=1000ms)。

在倒頻譜上更加突出主要頻率成分，譜線更加清晰，更容易識(shí)別信號(hào)的各個(gè)組成分量。當(dāng)功率譜的成分比較復(fù)雜時(shí)，尤其在混有同族諧頻、異族諧頻、多成分邊頻的情況下，在功率譜上難以辨認(rèn)，而應(yīng)用倒頻譜則方便多了。因此倒頻譜在振動(dòng)診斷中很有實(shí)用價(jià)值，特別是當(dāng)信號(hào)的頻率成分比較復(fù)雜時(shí)，如帶有故障的齒輪、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)，對(duì)它作一次倒譜分析，效果特別好。圖3是一個(gè)齒輪箱修理前后的功率譜和倒譜比較。

圖3 齒輪振動(dòng)信號(hào)功率譜與倒譜比較

顯然，倒頻譜圖上的譜線與功率譜圖相比，要簡(jiǎn)潔清晰得多。比較齒輪修理前后的倒譜圖（圖3c和d），可非常清晰地看到故障頻率（40ms和120ms）的衰減變化；再比較齒輪修理前后的功率譜圖（見(jiàn)圖2a和b），只見(jiàn)譜線密密麻麻，很難辨識(shí)。

04、三維功率譜

三維功率譜又稱(chēng)三維譜陣、轉(zhuǎn)速譜圖、功率譜場(chǎng)、瀑布圖等，是機(jī)器在起動(dòng)或停車(chē)過(guò)程中，不同轉(zhuǎn)速下功率譜圖的迭置?？v坐標(biāo)表示機(jī)器的轉(zhuǎn)速，自零升到額定轉(zhuǎn)速（起動(dòng)），或從額定轉(zhuǎn)速降到零（停車(chē)）；橫坐標(biāo)代表頻率；豎坐標(biāo)標(biāo)明幅值。三維功率譜是描述機(jī)器暫態(tài)過(guò)程的有力工具。對(duì)機(jī)器振動(dòng)作三維功率譜分析，可以了解通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)情況，用來(lái)確定監(jiān)測(cè)對(duì)象的自振頻率，判斷是否存在電磁干擾、不平衡等故障。

圖4是由11個(gè)功率譜迭置而成的三維譜陣圖。譜圖顯示，機(jī)器在經(jīng)過(guò)1480r/min時(shí)，在3次諧波處發(fā)生了共振，譜峰較高；在到達(dá)1990r/min 時(shí)的6次諧波處又發(fā)生了更大的共振，譜峰很高。由此可以確定出機(jī)器的臨界轉(zhuǎn)速（即危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速），為改進(jìn)設(shè)計(jì)或控制運(yùn)行參數(shù)提供了依據(jù)，也給查找故障原因提供了重要信息。

圖4 機(jī)器的三維譜陣圖

05、細(xì)化譜

所謂細(xì)化譜，就是把一般頻譜圖上的某部分頻段，沿頻率軸進(jìn)行放大后所得到的頻譜。如圖5所示，上圖為一般頻譜圖，下圖為細(xì)化譜圖。

圖5 一般頻譜和細(xì)化譜

采用細(xì)化譜的目的是為了提高圖像的分辨率。有些故障信號(hào)的頻譜（例如齒輪磨損后出現(xiàn)的邊頻），由于調(diào)制頻率的間隔很小，儀器的分辨率不能滿足要求，往往找不出這些間隔頻率。這時(shí)如果采用細(xì)化譜分析，就能在所分析的頻段內(nèi)具有很高的分辨率。從它的功能看，細(xì)化譜的作用類(lèi)似于機(jī)械制圖中的“局部放大圖”。使用細(xì)化譜分析操作很簡(jiǎn)單，現(xiàn)在有些簡(jiǎn)易診斷儀器，設(shè)有細(xì)化譜分析功能，只需按一下操作鍵即可。