基于声场空间分布特征的机械故障诊断方法及其应用研究

发布时间：2021-05-23 18:56

　　现代工业的发展使得机械设备的状态监测与故障诊断越来越受到重视，传统的故障诊断技术面临着新的挑战。目前故障诊断主要基于振动信号的测试与分析，但振动传感器在某些设备上或工况环境中安装不便，使得振动故障诊断方法的应用受到限制。结构振动与辐射噪声有着紧密联系，机械噪声蕴含着丰富的机械状态信息，噪声信号也能像振动信号一样进行机械设备的状态监测与故障诊断。声学诊断技术具有非接触测量、不影响设备运行、操作简单便捷等优点，可部分地代替振动信号作为故障诊断的补充手段。传统声学诊断技术主要基于单通道测试与分析，只能得到机械局部的声学特征随时间或频率的变化规律，也不易选择测点位置，而且声信号易受干扰和污染。声学故障诊断技术虽具有很大发展潜力，但当测点位置选择不当，局部的声学特征对故障不敏感时诊断效果就会受到影响，特别是在相干工况下，故障源的声信号如果被干扰源的声信号淹没，则传统声学诊断方法将不再适用，基于单通道声信号所提取的故障特征不能稳定地反映机械本身的运行状态，很大程度上影响了诊断效果。声成像技术通过传声器阵列获取测量面处的声信号，按照相应重建算法进行声源反演，可重建结构表面的声场分布并预测整个辐射声场... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
目录
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 故障诊断研究现状
        1.2.1 故障诊断技术发展概况
        1.2.2 声学故障诊断技术
        1.2.3 智能故障诊断技术
        1.2.4 诊断系统开发平台
    1.3 声场成像技术
        1.3.1 波束形成技术及其发展
        1.3.2 近场声全息技术及其发展
    1.4 课题来源与研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 研究内容
第二章 机械噪声声场与声成像技术
    2.1 引言
    2.2 机械设备声场分析
        2.2.1 机器噪声的产生
        2.2.2 结构声辐射问题的描述
    2.3 基于远场波束形成的声成像技术
        2.3.1 平面波波束形成
        2.3.2 球面波波束形成
        2.3.3 波束形成的参数选择
    2.4 基于近场声全息的声成像技术
        2.4.1 声压场的空间变换关系
        2.4.2 声速场的空间变换关系
        2.4.3 声强场与能量场的空间变换关系
        2.4.4 近场声全息的参数选择
    2.5 本章小结
第三章 基于声场空间分布的特征提取与机械故障诊断方法
    3.1 引言
    3.2 基于声场空间分布特征的机械故障诊断方法流程
    3.3 基于声场空间分布信息的特征提取
        3.3.1 基于灰度直方图的统计特征
        3.3.2 基于共生矩阵的统计特征
        3.3.3 基于 Gabor 小波变换的滤波特征
    3.4 基于支持向量机模式识别的故障诊断
        3.4.1 故障诊断与模式识别的关系
        3.4.2 基于多分类支持向量机的故障诊断
    3.5 本章小结
第四章 基于远场波束形成声成像的机械故障诊断方法研究
    4.1 引言
    4.2 基于波束形成声成像的机械故障诊断方法流程
    4.3 基于波束形成声成像的故障诊断仿真研究
        4.3.1 故障诊断模型与仿真
        4.3.2 仿真结果与分析
    4.4 基于波束形成声成像的故障诊断实验研究
        4.4.1 实验设置与故障模拟
        4.4.2 实验结果与分析
        4.4.3 实验总结
    4.5 本章小结
第五章 基于近场声全息声成像的机械故障诊断方法研究
    5.1 引言
    5.2 基于近场声全息声成像的机械故障诊断方法流程
    5.3 基于参考源的扫描测试技术
    5.4 基于近场声全息声成像的滚动轴承故障诊断
        5.4.1 滚动轴承结构与特征频率
        5.4.2 实验系统与轴承故障设置
        5.4.3 实验结果与分析
        5.4.4 干扰噪声的影响
        5.4.5 滚动轴承诊断实验总结
    5.5 基于近场声全息声成像的齿轮箱故障诊断
        5.5.1 齿轮箱振动特性与噪声产生机理
        5.5.2 实验系统与齿轮箱故障设置
        5.5.3 实验结果与分析
        5.5.4 干扰噪声的影响
        5.5.5 齿轮箱诊断实验总结
    5.6 本章小结
第六章 基于声成像的机械故障诊断测试系统开发
    6.1 引言
    6.2 基于 LabVIEW 的虚拟仪器软件平台
    6.3 基于声成像和虚拟仪器的机械故障诊断测试系统设计
        6.3.1 系统总体框架
        6.3.2 系统硬件结构
        6.3.3 系统软件模块
        6.3.4 数据采集
        6.3.5 数据存储
    6.4 基于声成像的机械故障诊断测试系统原理样机开发
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 主要创新点
    7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间完成的学术论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]舰船电力系统故障诊断综述[J]. 张海艳,夏飞.  舰船科学技术. 2010(04)
[2]基于LabVIEW的换热器性能试验装置测控系统的开发[J]. 王晓,张宝怀.  机械工程学报. 2009(04)
[3]基于Sobel算子的图像边缘检测研究[J]. 袁春兰,熊宗龙,周雪花,彭小辉.  激光与红外. 2009(01)
[4]Research on the cyclostationary nearfield acoustic holography based on boundary element method[J]. ZHANG Haibin WAN Quan JIANG Weikang(State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,Shanghai Jiaotong University Shanghai 200240).  Chinese Journal of Acoustics. 2009(01)
[5]基于声强信号分析和组合神经网络的发动机故障诊断[J]. 李增芳,何勇,徐高欢.  农业机械学报. 2008(12)
[6]基于波数域外推方法的近场声全息[J]. 徐亮,毕传兴,陈剑,陈心昭.  机械工程学报. 2007(09)
[7]LABVIEW和MATLAB混合编程方法研究及其在柴油机故障诊断中的应用[J]. 李沈,李森,刘俊磊,侯祥林.  仪表技术与传感器. 2007(01)
[8]虚拟仪器在制冷空调领域的应用[J]. 李卫华,高晓丽,李红旗.  制冷与空调. 2006(02)
[9]循环平稳声场近场声全息理论与实验研究[J]. 万泉,蒋伟康.  声学学报. 2005(04)
[10]利用近场MVDR双聚焦波束成形方法实现被动测距[J]. 薛山花,叶青华,黄海宁,黄勇.  应用声学. 2005(03)

博士论文
[1]基于遥感图像的重要目标特征提取与识别方法研究[D]. 张志龙.国防科学技术大学 2005

硕士论文
[1]波束形成方法在噪声源识别应用中的仿真和实验研究[D]. 赵芳芳.上海交通大学 2007



本文编号：3202816