第 ｌ期 段 志伟 等．基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的齿轮故障智能诊断系统 ７７
基于 ＬａｂＶｌ ＥＷ 的齿轮 故 障智 能诊 断系统
段 志伟 高丙坤 王焕跃 庞 永贵
（１．东北石油大学电气信息工程学院 ，黑龙江 大庆 １６３３１８；２．大庆 油田电力集 团，黑龙江 大庆 １６３４５３；
３．大庆 物 探一 公 司，黑龙 江 大庆 １６３３５７）
摘 要 利用 ＬａｂＶＩＥＷ 平 台开发 了齿轮故 障诊 断系统，系统主要 采用共振 解调诊 断 和 ＢＰ神经 网络诊
断两种 方法。共 振解调诊 断由 Ｈｉｌｂｅｒｔ解 调 和 小波 包 解调 实 现 故 障 频 率识 剐 ；神 经 网络诊 断由对 有量
纲、无量纲参量提取 的特 征和根据小波 包相对能量提取 的特征 作为神 经 网络的输入向量 ，以齿轮 的故障
类型作 为输 出向量 ，采用 ＢＰ神 经 网络 对齿轮进 行诊 断。实验 结果表 明：通过 引入 时频分析 方法，故 障频
率检 测精 度 高 ，故 障类型 识剐准确 率较高 。
关 键 词 ＬａｂＶＩＥＷ 齿 轮 神 经 网络 故 障诊 断
中 图分 类 号 ＴＨ８６２ ．７ 文 献 标 识 码 Ａ 文 章 编 号 １０００—３９３２（２０１５）０１－００７７－０５
齿 轮 是 机械 设 备 中广 泛 使 用 的 重要 部 件 ，它
的损 伤常常导致传 动系 统 或整机 的故 障，从 而导
致重 大安 全事 故 。据 统计 ，传 动机 械 中 ８０％ 的故
障是 由齿 轮 引起 的 ，旋 转 机 械 中齿 轮 故 障 占其 故
障的 １０％左 右… 。因此 ，研究 和开 发 齿轮 故障诊
断 系统 具 有 重要 的 意 义 。 ＬａｂＶＩＥＷ 是 一 种 图像
化 的编程 语 言 ，以 其 开 发 速 度 快 、数 据 处 理 功 能
强大 的优势 广泛应 用于 故 障诊 断系统 。笔 者
利用 ＬａｂＶＩＥＷ 平 台研 发了齿轮故 障智 能诊 断 系
统 。
１ 齿 轮故 障诊 断 系统 的构成
齿轮故 障诊 断系统 由加速 度传 感器 、信 号调
理 、数 据采 集 和计 算机 ４部分 构成 。首先采 用加
速 度传 感器 拾 取 齿 轮 振 动信 号 ，采 集 到 的振 动 信
号微 弱 ，且 不可避免地受 到噪 声 的影 响，因此对传
感 器 的输 出信 号 要 进 行 放 大 和滤 波 ，调理 后 的模
拟信 号 由数据 采 集 卡 进 行模 数 转 换 ，转换 为 数 字
信号 送人 计算 机进 行处 理 。计算 机部 分采 用 Ｌａｂ－
ＶＩＥＷ 语言研发 了齿 轮 故 障诊 断系统 ，该系 统主
要包 括文 件 管理 、预处 理 、信 号 特 征 提 取 、共 振 解
调诊 断及 ＢＰ神 经 网 络诊 断 等 模块 。故 障 诊 断平
台 总体结 构 如 图 １所示 。
在该 系 统 中对采集 的振 动信 号先 进 行小 波 消
噪 和频域 分 析 ，根 据 频 域 分析 结 果 可 通 过 Ｈｉｌｂｅｒｔ
共振解 调和 小波包 共振解 调两 种方法进行故 障诊
断。对 预处 理后信 号进 行 特征 提取 ，可提 取 时域
统计 特 征 ，包 括有 量纲 和无 量 纲参量 ；小 波包 相对
齿轮故 障 诊 断 系 统
文件管理 Ｉ Ｉ特征提取 ｌｌ预处理 Ｉｌ共振解调 ＩＩ神经网络诊断
ｌ差８耋８耋ｌＩ耋Ｉ 目ｌ毳ｌ ｌ喜ｌ匿 神 经 网 络 诊 断
图 １ 故 障诊 断平 台总体 结构
能量特 征 ，即通过 小波包 分解 求 取齿 轮振动 信号
各 频带 的相 对 能量特 征值 。根 据 时域或 小波 包 特
征 值 ，由神经 网 络进 行 故 障 诊 断 。本 系 统 提 供 两
种诊 断方法 ，一种 是基于 共振解 调 的故障诊 断方
法 ，一 种是 基于神经 网络的故 障诊断方法 。
２ 基 于共振 解调 的故 障诊 断方 法
当齿 轮局 部 发生 缺 陷 时 ，相 当于 齿 轮 每 转 一
圈产 生一 个脉 冲激 励 ，齿 轮 的啮 合频 率 被 一 个 短
的周 期脉冲所调制 。调 制后 的信号在频谱 中表 现
为在 啮合频率两侧 有大 量 的边频带。共振 解调就
是通 过 提取 调制波 的包 络 ，对 其 包络进行傅 里叶
变换 ，得到其包络 谱 ，从 包络谱中的基频 以及倍 频
上识 别 故 障 特 征 频 率 。本模 块 采 用 了 Ｈｉｌｂｅｒｔ解
调 和小 波包解 调 两种 方法 。
２。１ Ｈｉｌｂｅｒｔ共 振解 调
实 函数 （ｆ）的 Ｈｉｌｂｅｒｔ变换 为 ：
收稿 日期 ：２０１４－０９—１５（修改稿 ）
