小波包原理在滚动轴承声发射检测技术中的应用

　　滚动轴承在旋转机械中是最容易损坏的机械零件之一。因此,滚动轴承的故障检测一直是研究的热点。特别对于高速行驶的铁路货车轴承的不分解检测,更是研究的重点。其中,声发射无损测量技术在滚动轴承的检测中有了很大发展。但是,在低速轻载的工况下,声发射检测法仍然受到噪声的影响。造成误判,因此使用合理的排除噪声信号的方法成为了关键的问题。对于滚动轴承故障信号这种非平稳信号,本文使用小波分析的手段来去除噪声,达到信号的区分目的。

　　1　小波包的原理与滤波特性

　　1·1　小波包的原理

　　设函数如果满足则称Ψ(t)为一个基本小波或小波母波函数,式中Ψ^(ω)为函数Ψ(t)的傅里叶变换,因此上式被称为可容性条件。令:此式被称为基本小波或小波母函数。Ψ(t)依赖a,b生成的小波,a被称为尺度函数,b被称为平移参数。尺度参数a改变连续小波的形状,平移参数b改变小波的位移。

　　随着尺度参数a的减小,小波Ψa,b(t)的时宽变宽,Ψ^a,b(ω)的带宽增大。从多分辨率分析的角度看V0=V1 W1=V1 W2 W1=…,只是对V空间迭代进行分解的结果,L2(R)= j∈ZWj表明多分辨率分析是按照不同的尺度因子j把希尔伯特空间分解为所有子空间Wj的正交和,其中Wj为小波函数Ψ(t)的子空间。从此我们对小波子空间Wj按照二进制方式进行频率的细分以达到提高频率分辨率的目的。首先将尺度子空间Vj和小波子空间Wj用一个新的子空间表示,则希尔伯特空间的正交分解Vj+1=Vj Wj可用Unj的分解系统统一起来,并把这种表示方法推广到n∈Z+。下图1小波包分解的示意图。它是将每一层所的子带均一分为二,并传至下一层。可以看出,每一层的子带都覆盖信号所占有的频率。只是各层的分辨率不同,因此,利用小波包分解多少层,以及各层选择那些子带来进行分析使用灵活。即对不同的信号,可以选择相应的“最佳“滤波器。

　　1·2　小波包的滤波特性

　　小波包分解是比小波分解更为精细的一种分解,其不同之处在于对滤出的高频部分也同样进行分解,并可以一直分解下去。图1中表示信号经过分解以后形成若干大大小小的“包”,根据需要的信号频段,我们可以选取不同的大小的包来部分恢复原始信号。

　　2　小波包在滚动轴承故障声发射检测中的应用

　　2·1　试验装置

　　为了便于操作和测量,因此将滚动轴承检测传感器(声发射传感器)安装在轴承的端盖上。将轴承故障检测仪的传感器端通过磁石吸附在螺钉帽上。传感器与螺钉帽中间用黄油保证密贴。用液压千斤顶将货车负载支起,用手或小型工具转动轴承进行检测。