Page 80 - 无损检测2022年第十二期

杨 磊, 等:

基于改进 VMD 算法的电机轴承异音识别与定位

异音源靠近, 研究在距离异音源不同情况下异音指
标的变化情况。试验设备布置情况如图 6 所示。

图 6 试验设备布置示意
由于现场噪声强度一般要大于异音强度, 为了
更好地模拟现场声音环境, 选择大功率的喇叭播放
噪声, 以较低功率的手机播放异音。其全频带时域
波形如图 7 所示。
由图 7 可知, 随着传感器逐渐靠近异音源, 信号
幅值在逐渐减小, 这是因为噪声强度要远大于异音
图 5 异常电机最佳模式分量时域波形和包络谱 强度, 因此两声源叠加后, 声场中各点声强的大小主
要与距离噪声源的远近相关, 即距离噪声源越近, 信
该频段为电机异音所在频段。
号幅值越大。
为进一步寻找能够表征电机异音的指标, 分别

计算 正 常 电 机 以 及 异 音 电 机 在 全 频 带 和 5500~

9500Hz频段信号对应的时域特征指标, 结果如表

2 所示, 可见在全频带范围内, 异音电机的时域指标
与正常电机的时域指标差异较小。对于异音所在频

段( 5500~9500Hz ), 异音电机的时域指标明显大
于正常电机的时域指标, 笔者选用有效值和峭度指 图 7 异音采集试验的全频带时域波形
采用改进 VMD 算法对信号进行分解, 得到最
标作为故障判定指标, 其中有效值阈值设为 0.008 ,
峭度指标阈值设为 3.5 。 佳模式分量, 其时域波形及 RMS 趋势曲线如图 8
所示。
表 2 正常电机和异音电机在全频带和 5500~
9500Hz频段信号对应的时域特征指标 由图 8 ( a ) 可 知, 在 麦 克 风 靠 近 异 音 源 的 过 程

中, 所采集到的声音信号幅值逐渐增大, 与全频带幅
正常电机 异音电机
时域指标 5500~ 5500~ 值变化趋势完全相反。由图 8 ( b ) 可知, 在麦克风逐

全频带 全频带
9500Hz 9500Hz 渐靠近异音源的过程中, 最佳模式分量 RMS 的值

有效值 0.2565 0.0053 0.2289 0.0158 总体呈上升趋势。为对比正常电机与异音电机两者

峰值因子 6.4990 8.8856 7.3497 14.2600

的差异性, 将上述试验中异音源的声源更换为正常

峭度 2.9779 3.0380 2.9584 4.8919

电机, 其全频带时域波形如图 9 所示, 与第一次试验

脉冲因子 8.1650 11.1420 9.2171 18.9470

的时域波形类似, 即在噪声源靠近正常电机声源的

裕度因子 9.6565 13.1516 10.8891 22.9977

过程中, 传感器所采集到的声音幅值在逐渐降低。
2.2 试验验证 正常电机的最佳模式分量时域波形及 RMS 趋
为验证上述异音源定位方案的可实施性及有效 势曲线如图 10 所示。由图 10 可知, 在麦克风传感
性, 开展异音源定位模拟试验进行验证。首先, 针对 器从噪声源端向正常电机声源靠近时, 信号幅值逐
距离异音源远近对异音特征的影响, 开展变距离异 渐降低, RMS 值 也 呈 下 降 趋 势, RMS 最 大 幅 值 为
音采集试验, 即将现场采集的轴承异音作为异音源, 6.4×10 , 而异音电机最大幅值接近 0.03 , 二者相
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将正常轴承的电机声音作为噪声源, 然后分别用扬 差较大。
声器播放。其次, 将麦克风传感器从噪声源逐渐向 综上, 对于电机轴承异音, 通过计算不同位置
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2022 年 第 44 卷 第 12 期
无损检测