浅谈信号分析在机械设备中的应用

魏李翔

摘 要 现代社会的发展过程中，机械作为其中改革生产力的关键一环，越来越多地融入到当今世界的各个领域中。而作为机械故障分析的主要手段，信号分析技术的发展也变得格外重要。因此了解并推广信号分析技术，为今后信号分析理论的研究发展做出铺垫，具有十分深刻的意义。本文先对信号分析的应用现状进行简析，然后在信号时域分析和频谱分析相关基础上，对机械设备中信号分析的实际应用进行详细阐述。

关键词 信号分析；机械设备；故障

最近几年中随着钢铁工业的迅速发展，很多企业都开始使用大型机械设备，这些设备能够提升企业工作生产的效率，提升企业产品的质量，为企业带去更多的经济效益。在这种情况下就需要维护好机械系统，保障其工作过程中的可靠性，降低故障发生的频率。故障诊断是维护机械设备的有效方式，而经过对信号分析技术的使用，可以让机械设备故障诊断工作更加有效，通过对专业技术的使用精准地找到故障发生的位置，在此基础上做好机械设备的维修和保养工作。

1 信号分析应用现状

将信号分析技术使用在机械设备中，主要是对机械故障进行诊断，信号分析对于机械设备而言有着极大的意义。在最近几年中，信号分析技术使用在机械故障诊断中愈加广泛。在以后的发展中，信号分析的应用会逐渐推广到一些大型设备中，比如汽轮机、离心式压缩机以及水轮机中，或者是一些加工机械中。机械设备能够作为状态监测和诊断的信息源，在当前的机械设备诊断中，使用比较多的是机械的振动信号，通过对振动信号的分析能够诊断出机械的故障。依据相关的统计表明，因为振动形成的机械故障率高达60%，比较典型的就是在机组容量不断扩大的情况下，很多机组轴系会加长。因为振动信息中包含了十分丰富的信息，很多机械故障都能够在振动状态异常中了解机械的真实情况。通过对信号分析技术的使用来诊断机械设备的故障，其主要就是将机器振动作为信息源，在机器设备工作运行时，经过振动参数的变化趋势来对机械设备的运行情况进行判别，进而找出故障发生的位置，在此基础上做好相关的维修工作[1]。

2 信号分析在机械设备中的实际应用

在对机械设备进行诊断的时候，机器狀态的评价是一个关键的环节，主要是依据振动标准或者是方式对机器的状态进行判断，这样能够为设备的正常运行和维修提供可靠的依据。因为机器振动特性之间有很大差异，在相似运行状态下机器振动水平会有很大差距。而经过对振动信号分析，能够精准有效的检查出机械设的故障位置，进而做好针对性的维修工作。

2.1 信号时域分析

信号波形是一种物理量随着时间变化的关系，信号在时域中的变化或者是分析就被称为时域分析，例如一些信号波形的最大值或者是最小值等。为了精准地判断机械设备的状况，对其故障进行有效的诊断，必须要对设备状态相关的物理量进行了解，要掌握其中物理量随着时间变化的规律。时域分析法采用的是直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观和准确的优点。传递函数和微分方程都能求出系统输出量的时域解析式。其中初值为零时一般采用传递函数法，其根据闭环系统传递函数的极点和零点间接的评价系统的性能指标，同时也被称为复频域分析。这种方式的优势在于信息量比较大，可以直接看出波形的变化规律。

2.2 信号频域分析

我们通过对幅频特性的评价，来推导系统性能的思路叫作信号频域分析，通过用传递函数或微分方程以及实验测定来求得控制系统于不同频率的正弦函数作用中输入信号和输出信号间的关系，这种关系描述出的数学模型能够反映出正弦信号作用下系统响应的性能，因而被称为频率特性。频率特性和传递函数一样，可以用来表示线性系统或线性环节的动态特性。由于整个方法建立在频率特性分析的基础上，可间接地揭示系统的时域性能，因此这种方法能够方便地显示出系统参数对系统性能的影响，利用频域方面的特征对系统进行分析，因此获得了广泛的应用。频谱分析也是机械设备故障诊断中使用最多的一个信号处理方式，在这其中使用最广泛的就是傅里叶变换，其能够把复杂的信号分解成为有限或者是无限个频率的简谐分量。动态信号频率中的幅值、相位以及功率和频率的关系表达就是频谱。频谱图形有离散和连续两种类型，经过频域分析还能够对系统传递性进行研究，还能够对系统输出和输入的关系进行分析。

2.3 趋势分析

趋势分析也就是对机械设备关键位置的量级进行定期巡查或者是实时监测，在这之后对其中一段频率或者是几个频率分量做出趋势曲线，这其中最关键的就是极值和时间。在曲线做出之后，要把此曲线在时间的基础上往外推，这样能够计算出机械设备在什么时间会达到危险极限，或者是对机械的寿命进行估计。经过这种监测和诊断方式，可以让工作人员决定在什么时候停机，以及在什么时间进行检修。趋势分析主要是对机械设备的振动监测，在振动监测中经常使用的有振动电平值、转速振平图以及响应谱等相关的检测方式。在各种不同的趋势分析方式中，振动时域信号峰值是最为常用的一种，同时也是最方便的一个指标。在实际工作中，只需要使用简单的硬件就能够对峰值进行连续性的在线监测，对机械设备的状况进行实时观测与控制，为后续的诊断、维修和保养等相关工作打好坚实的基础[2]。

3 结束语

随着科学技术的不断提高，“机械工程化”、“人工智能化”等大发展趋势已经变得越来越明显，机械技术正与我们的生活变得息息相关。对机械设备进行分析的信号分析技术的发展成为了今后机械工程领域中必不可少的一环。通过对信号分析的理论解释及趋势研究，本文初步总结了信号分析理论的发展现状，也积累下了一定的基础认知，然后介绍了时域分析与频域分析在机械设备中的应用情况。本文将信号分析技术在机械设备中的应用进行了归纳，为研究者进行深入研究奠定了基础。

参考文献

[1] 史伟峰.振动信号分析在冷轧厂常见设备故障诊断中的应用[J].工程技术：引文版，2016，（5）：00147-00147.

[2] 赵宣铭.机械故障诊断的信号处理方法：频域分析[J].时代农机，2017，（10）：96-96.