基于傅里叶变换的机械设备振动故障信息检测系统设计
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作者:赵华楠
摘 要：振动信息通常可以反应出机械设备产生的故障问题，机械设备的振动信息可以通过傅里叶变换得到设备运行状态的分析，对机械设备的故障检测是一种很好的方法。为提高振动故障信息检测准确性，提出基于傅里叶变换的机械设备振动故障信息检测系统设计。通过构建振动故障信息采集检测硬件设备和软件功能实现，阐述了基于傅里叶变换的振动故障信息处理方法。实验表明，机械设备振动故障信息检测系统可以高准确率地实现机械设备故障检测。
关键词：傅里叶变换 机械设备 故障 振动 信息检测
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（b）-0036-02
现如今，各行各业对机械设备的技术要求越来越高，机械设备向着自动化发展，设备更大，效率更高，复杂程度和关联性也不断提升，影响机械设备正常运行的因素越来越多，机械设备出现故障的频率也越来越高[1]。机械设备的故障严重影响企业的生产效率，对生产出的产品质量没有保障，机械设备故障没有及时发现还会引起严重的安全事故，如环境破坏或人员受伤[2]。
1 基于傅里叶变换的机械设备振动故障信息检测系统
该文基于傅里叶变换的机械设备振动故障信息检测系统的流程分为三大部分：振动故障信息采集、用傅里叶变换分析振动故障信息、故障判定处理。机械设备振动故障信息检测系统的流程，如图1所示。
对机械设备运行情况做实地检测，用振动故障信息采集设备对机械设备的振动信息进行收集，对分析结果进行故障分类识别，判定处理方法，停机检修或是继续运行、继续检测[3]。
1.1 振动故障信息采集设备硬件设计
该文基于傅里叶变换的机械设备振动故障信息检测系统要了解机械设备的运行状态，必须采集机械设备的振动信息。机械设备振动的监测有高频信号获取、高精度数据采集、数据可靠传输、能量消耗等问题，通过无线传感器可以解决这些问题。常见的无线网络通信方式如表1所示。
基于以上分析，该文机械设备振动监测用星型的网络架构，包括一个网络中心、多个网络节点。振动故障信息采集设备硬件由监测节点、监测基站、交换机、监测主机组成。
安装在机械设备上的监测节点获取到振动信息后通过射频的无线网络通信方式传到监测基站，监测基站通过交换机用以太网传送给监测主机。监测基站还可以接收到振动故障信息检测软件的控制命令，通过射频的无线网络通信方式发送给监测节点。
1.2 振动故障信息检测软件设计
振动故障信息检测软件设计的流程图如图2所示。
用户在机械设备上安装好硬件设备，注册登录系统后进入任务，对监测节点的设备可以进行采集、查询、传输振动数据的命令。
在振动信息处理模块，傅里叶变换起到了重要的作用，傅里叶变换是一种全局的变换，可以获得信号的频谱，反应信号的整体信息，公式如下。
F（W）=f（t）e-jwtdt （1）
公式（1）中，t为时间，w为频率，F（W）为功率谱，f（t）为平均功率，j为复数单位。
公式（1）表明，进行傅里叶变换实现测试，对傅里叶变换的效果进行公正的甄别评价，之后对傅里叶变换的内容进行精度上的调整、技术上的调整，增添了时频域的信息，得到最适合的傅里叶变换实现方法。
2 实验验证
为了保证该文设计的基于傅里叶变换的机械设备振动故障信息检测系统的有效性，对系统故障检测进行实验论证。实验采用该文机械设备振动故障信息检测系统和传统的振动故障信息检测系统，选取各参数指标相同的两台机械设备，在相同时间内进行实际工作，对其模拟4个级别的故障，故障情况如表2所示。
级别1故障，缺陷直径为14mil，速度为1750rpm;级别2故障，缺陷直径为21mil，速度为1770rpm以此类推。依次对这几个级别的故障进行系统检测，检测结果的对比如图3所示。
由图3中可以看出，该文机械设备振动故障信息检测系统比传统的故障检测系统的检测结果误差率低，检测性能好。
3 结语
该文基于傅里叶变换的机械设备振动故障信息检测系统实现了通过振动故障信息监测判断机械设备故障的功能。由于时间限制和相关知识的欠缺，存在一些问题，希望在以后的研究工作中逐步完善。机械设备故障检测是现在产业的迫切需求，有很大的研究空间，希望通过不断完善进步从而提高我国经济水平。
参考文献
[1] 李驰，丛培田，段智敏，等.基于自适應采样频率与AD7606的振动信号采集方法[J].仪表技术与传感器，2017（7）：116-120.
[2] 王尧，李阳，葛磊蛟，等.基于滑动离散傅里叶变换的串联直流电弧故障识别[J].电工技术学报，2017（19）：122-128.
[3] 冯玉伯，丁承君，陈雪.滚动轴承故障检测深度卷积稀疏自动编码器建模研究[J].机械科学与技术，2018，37（10）：96-102.
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