本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純方法及裝置，屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軸心軌跡作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一個(gè)重要的狀態(tài)特征參量，能簡(jiǎn)單、直觀、形象地反映設(shè)備的運(yùn)行狀況，它反映了轉(zhuǎn)子的實(shí)際運(yùn)行狀況。常規(guī)的轉(zhuǎn)子軸心軌跡由轉(zhuǎn)子同一截面互相垂直方向(例如x方向和y方向)的振動(dòng)信號(hào)組成，反映了轉(zhuǎn)子在xoy平面上的運(yùn)行狀況。

傳統(tǒng)的軸心軌跡提純方法均采用一維數(shù)字信號(hào)處理方法分別分析處理x方向和y方向的振動(dòng)信號(hào)，然后將各個(gè)方向分析處理的結(jié)果組成轉(zhuǎn)子軸心軌跡，這種方法在組合軸心軌跡時(shí)存在分解尺度不統(tǒng)一的問題?；诙?jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的轉(zhuǎn)子軸心軌跡提純方法將互相垂直方向的振動(dòng)信號(hào)組成一個(gè)復(fù)數(shù)，并將該復(fù)數(shù)作為一個(gè)整體來分解，解決了傳統(tǒng)方法中存在的尺度不統(tǒng)一問題。

然而在實(shí)際的轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)包含連個(gè)互相垂直方向x和y的橫向振動(dòng)以及z方向的軸向振動(dòng)?；诙?jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的轉(zhuǎn)子軸心軌跡只能顯示轉(zhuǎn)子軸心軌跡在某一個(gè)平面上的運(yùn)動(dòng)情況，而不能顯示轉(zhuǎn)子三維空間的軸心軌跡。西安交大溫廣瑞等人提出了一種三維軌跡提純方法，該方法分別對(duì)x、y和z方向的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后在時(shí)域內(nèi)對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行合成得到三維軸心軌跡。但該方法所采用的技術(shù)屬于一維數(shù)字信號(hào)處理方法，而且濾波時(shí)需要預(yù)先確定截止頻率，缺乏自適應(yīng)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純方法及裝置，用于解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純算法缺乏自適應(yīng)性的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純方法，包括以下步驟：

步驟1，采集轉(zhuǎn)子同一截面上橫向、縱向以及軸向的振動(dòng)信號(hào)，并將其組成一個(gè)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)；

步驟2，將所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按照旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和；

步驟3，將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，并分析各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的頻譜，確定基頻所對(duì)應(yīng)的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)；

步驟4，將所有頻率不大于基頻的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加，所得結(jié)果即為提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡。

進(jìn)一步的，步驟1中組成的三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)為：

w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)

其中，x(t)為水平方向上的橫向振動(dòng)信號(hào)，y(t)為水平方向上的縱向振動(dòng)信號(hào)，z(t)為軸向的振動(dòng)信號(hào)；ijk＝i²＝j(luò)²＝k²＝-1，ij＝k，jk＝i，ki＝j(luò)。

進(jìn)一步的，步驟2中運(yùn)用三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按照旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和，具體步驟包括：

步驟2-1，計(jì)算所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)在z軸的投影，其投影計(jì)算表達(dá)式為：

其中，k²＝-1；θm＝mπ/m，m＝1，2，…，m；φn＝nπ/n，n＝1，2，…，n，m和n為設(shè)定的正整數(shù)，m＝n，表示輸入信號(hào)投影的個(gè)數(shù)；q是一個(gè)向量的四元數(shù)，其表達(dá)式q＝0+cos(φ)i+sin(φ)j+0k，φ為向量四元數(shù)在xoy平面內(nèi)與x軸的夾角，運(yùn)算符號(hào)*表示共軛運(yùn)算，運(yùn)算符號(hào).表示卷積運(yùn)算；

步驟2-2，確定投影信號(hào)最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，并對(duì)該時(shí)刻的信號(hào)進(jìn)行插值運(yùn)算得到四元包絡(luò)曲線

步驟2-3，通過下式計(jì)算所有包絡(luò)曲線的局部平均值u(t)，其計(jì)算表達(dá)式為：

步驟2-4，求取所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)與所有包絡(luò)曲線的局部平均值u(t)的差值；

步驟2-5，判斷差值是否滿足設(shè)定的迭代終止條件，直至滿足時(shí)，將得到的信號(hào)作為分解獲取的第一個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)；

步驟2-6，從原始三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)中減去分解獲取的第一個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)得到新的待分解信號(hào)，若新的待分解信號(hào)仍為旋轉(zhuǎn)信號(hào)，則重復(fù)步驟2-1至步驟2-5，獲得其他的三元信號(hào)形式的子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，直至從待分解信號(hào)中分解不出新的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)。

進(jìn)一步的，步驟2-5中的迭代終止條件為：

其中，t為信號(hào)總的時(shí)間長(zhǎng)度，di(t)＝wi(t)-ui(t)，當(dāng)sd在0.2～0.3時(shí)，停止本次迭代過程。

進(jìn)一步的，步驟3采用傅里葉變換將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域。

本發(fā)明還提供了一種轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純裝置，包括檢測(cè)單元、分解單元、轉(zhuǎn)換單元和組合單元；

所述檢測(cè)單元用于采集轉(zhuǎn)子同一截面上橫向、縱向以及軸向的振動(dòng)信號(hào)，并將其組成一個(gè)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)；

所述分解單元用于將所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按照旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和；

所述轉(zhuǎn)換單元用于將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，并分析各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的頻譜，確定基頻所對(duì)應(yīng)的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)；

所述組合單元用于將所有頻率不大于基頻的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加，所得結(jié)果即為提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡。

進(jìn)一步的，所述檢測(cè)單元所組成的三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)為：

w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)

其中，x(t)為水平方向上的橫向振動(dòng)信號(hào)，y(t)為水平方向上的縱向振動(dòng)信號(hào)，z(t)為軸向的振動(dòng)信號(hào)；ijk＝i²＝j(luò)²＝k²＝-1，ij＝k，jk＝i，ki＝j(luò)。

進(jìn)一步的，所述分解單元運(yùn)用三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按照旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和，具體步驟包括：

(1)計(jì)算所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)在z軸的投影，其投影計(jì)算表達(dá)式為：

其中，k²＝-1；θm＝mπ/m，m＝1，2，…，m；φn＝nπ/n，n＝1，2，…，n，m和n為設(shè)定的正整數(shù)，m＝n，表示輸入信號(hào)投影的個(gè)數(shù)；q是一個(gè)向量的四元數(shù)，其表達(dá)式q＝0+cos(φ)i+sin(φ)j+0k，φ為向量四元數(shù)在xoy平面內(nèi)與x軸的夾角，運(yùn)算符號(hào)*表示共軛運(yùn)算，運(yùn)算符號(hào).表示卷積運(yùn)算；

(2)確定投影信號(hào)最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，并對(duì)該時(shí)刻的信號(hào)進(jìn)行插值運(yùn)算得到四元包絡(luò)曲線

(3)通過下式計(jì)算所有包絡(luò)曲線的局部平均值u(t)，其計(jì)算表達(dá)式為：

(4)求取所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)與所有包絡(luò)曲線的局部平均值u(t)的差值；

(5)判斷差值是否滿足設(shè)定的迭代終止條件，直至滿足時(shí)，將得到的信號(hào)作為分解獲取的第一個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)；

(6)從原始三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)中減去分解獲取的第一個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)得到新的待分解信號(hào)，若新的待分解信號(hào)仍為旋轉(zhuǎn)信號(hào)，則重復(fù)步驟(1)至步驟(5)獲得其他的三元信號(hào)形式的子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，直至從待分解信號(hào)中分解不出新的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)。

進(jìn)一步的，步驟(5)中的迭代終止條件為：

其中，t為信號(hào)總的時(shí)間長(zhǎng)度，di(t)＝wi(t)-ui(t)，當(dāng)sd在0.2～0.3時(shí)，停止本次迭代過程。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)換單元采用傅里葉變換將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域。

本發(fā)明的有益效果是：將轉(zhuǎn)子同一截面上橫向、縱向以及軸向的振動(dòng)信號(hào)組成一個(gè)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)，然后將該三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，其實(shí)質(zhì)是不斷從高頻濾波到低頻濾波的濾波過程，完全體現(xiàn)了自適應(yīng)的濾波特性；然后根據(jù)各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的頻譜中頻率的大小，確定構(gòu)成提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，也就是將所有頻率不大于基頻的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加得到提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡，有效提高了算法的自適應(yīng)性，而且可在不同的二維平面顯示軸心軌跡以及變化情況。

附圖說明

圖1為轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純方法的順序流程圖；

圖2為原始的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡；

圖3-a為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w1；

圖3-b為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w2；

圖3-c為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w3；

圖3-d為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w4；

圖3-e為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w5；

圖3-f為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w6；

圖3-g為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w7；

圖3-h為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w8；

圖3-i為三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w9；

圖3-j為剩余信號(hào)r；

圖4-a為w3的x方向的傅立葉譜；

圖4-b為w3的y方向的傅立葉譜；

圖4-c為w3的z方向的傅立葉譜；

圖4-d為w4的x方向的傅立葉譜；

圖4-e為w4的y方向的傅立葉譜；

圖4-f為w4的z方向的傅立葉譜；

圖4-g為w5的x方向的傅立葉譜；

圖4-h為w5的y方向的傅立葉譜；

圖4-i為w5的z方向的傅立葉譜；

圖5為提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡；

圖6-a為xoy平面上的軸心軌跡；

圖6-b為yoz平面上的軸心軌跡；

圖6-c為zox平面上的軸心軌跡；

圖7-a為xoy平面軸心軌跡時(shí)域波形圖；

圖7-b為yoz平面軸心軌跡時(shí)域波形圖；

圖7-c為zox平面軸心軌跡時(shí)域波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明所提出的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純方法的流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

第一步，采集轉(zhuǎn)子同一截面上橫向、縱向以及軸向的振動(dòng)信號(hào)，并將其組成一個(gè)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)。

利用電渦流傳感器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子同一截面橫向即x方向的振動(dòng)信號(hào)x(t)、縱向即y方向的振動(dòng)信號(hào)y(t)以及軸向即z方向的軸向振動(dòng)信號(hào)z(t)，并將這三種振動(dòng)信號(hào)組成一個(gè)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)，其表達(dá)式為：

w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)

其中，ijk＝i²＝j(luò)²＝k²＝-1，ij＝k，jk＝i，ki＝j(luò)。

通過上述方式，x方向、y方向和z方向的振動(dòng)信號(hào)組成的三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)為原始的軸心軌跡如圖2所示，原始的軸心軌跡含有噪聲成份以及倍頻。

第二步，將三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按照旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和。

其中，步驟2中具體采用三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和，具體步驟包括：

(1)計(jì)算三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)沿z軸的投影，其投影計(jì)算表達(dá)式為：

其中，k²＝-1；θm＝mπ/m，m＝1，2，…，m；φn＝nπ/n，n＝1，2，…，n，m和n為設(shè)定的正整數(shù)，m＝n，表示輸入信號(hào)投影的個(gè)數(shù)；q是一個(gè)向量的四元數(shù)，其表達(dá)式q＝0+cos(φ)i+sin(φ)j+0k，φ為向量四元數(shù)在xoy平面內(nèi)與x軸的夾角，運(yùn)算符號(hào)*表示共軛運(yùn)算，運(yùn)算符號(hào).表示卷積運(yùn)算。

(2)對(duì)所有的m和n，找出投影信號(hào)最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻

(3)對(duì)所有的m和n，對(duì)進(jìn)行插值運(yùn)算得到四元包絡(luò)曲線

(4)計(jì)算所有包絡(luò)曲線的局部平均值u(t)，其計(jì)算表達(dá)式為：

(5)求取三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)與所有包絡(luò)曲線的局部平均值u(t)的差值，其表達(dá)式為：

(6)重復(fù)上述過程(1)～(5)并求解：

其中t為信號(hào)總的時(shí)間長(zhǎng)度，di(t)＝wi(t)-mi(t)，當(dāng)sd在0.2～0.3時(shí)，停止本次迭代過程，分解獲得第一個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，記為w1(t)：

(7)從三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)中把第一個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)分解出來，獲得新的待分解信號(hào)r1(t)＝w(t)-w1(t)，若待分解信號(hào)r1(t)仍為旋轉(zhuǎn)信號(hào)，對(duì)其重復(fù)以上步驟，獲得其他的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)wq(t)，直至從待分解信號(hào)中分解不出新的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，此時(shí)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)可以表示為：

其中，q為經(jīng)過三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解得到的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的個(gè)數(shù)，r(t)為剩余信號(hào)。

在本實(shí)施例中，運(yùn)用三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解對(duì)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)進(jìn)行自適應(yīng)分解，共得到9個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)和一個(gè)剩余信號(hào)，其中各個(gè)信號(hào)分布情況如圖3-a至3-j所示。

當(dāng)然，三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解僅僅是三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的一種具體實(shí)施方式，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他改進(jìn)的三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法，或者是其他分解方法將三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按照旋轉(zhuǎn)速度大小順序分解為多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和的形式。

第三步，將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，并分析各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的頻譜，確定基頻所對(duì)應(yīng)的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)。

具體的，采用傅立葉變化將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，分析各三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)分別在橫向、縱向以及軸向的頻譜，并根據(jù)各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)的傅立葉譜中基頻的分量，確定基頻所對(duì)應(yīng)的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)。當(dāng)然，也可以采用其他算法將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，進(jìn)而對(duì)各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析。

其中，采用傅立葉分析各三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)分別在橫向、縱向以及軸向的頻譜的步驟如下：

a)提取第二步中分解得到的各三元信號(hào)形式的子旋轉(zhuǎn)信號(hào)wq(t)＝ixq(t)+jyq(t)+kzq(t)中的xq(t)，yq(t)和zq(t)；

b)用傅立葉分別對(duì)xq(t)，yq(t)和zq(t)進(jìn)行運(yùn)算，得到其頻譜。

第四步，將所有頻率不大于基頻的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加，所得結(jié)果即為提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡。

在獲取提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡的過程中，可以通過構(gòu)建具有自適應(yīng)功能的三元濾波器來實(shí)現(xiàn)。具體的，構(gòu)建三元信號(hào)濾波器的原理是：將分解得到的各三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)按旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序排列，去掉前幾階三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，將剩下的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加相當(dāng)于低通濾波器；去掉后幾個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)，則相當(dāng)于高通濾波器；將中間的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加相當(dāng)于帶通濾波器，所構(gòu)建的三元信號(hào)濾波器的表達(dá)式為：

其中，l、h分別為所構(gòu)建的三元信號(hào)濾波器的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的起始階數(shù)和截止階數(shù)，其值在[1，q]之間，q為所有三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的個(gè)數(shù)，為三元信號(hào)濾波器的輸出信號(hào)；當(dāng)濾波器為高通濾波器時(shí)，l＝1，h<q；當(dāng)濾波器為低通濾波器時(shí)，l>1，h＝q；當(dāng)濾波器為帶通濾波器時(shí)，1<l<h<q。

在具體應(yīng)用中，可以根據(jù)所需要提純的信號(hào)的頻率分布情況來設(shè)置所構(gòu)建的三元信號(hào)濾波器是低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器還是帶阻濾波器。由于轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡主要為低頻信號(hào)，因此在本實(shí)施例中，將所構(gòu)建的三元信號(hào)濾波器設(shè)置為低通濾波器，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

設(shè)基頻分量最大的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的階數(shù)為g，取三維空間濾波器中的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的截止階數(shù)h為經(jīng)過三元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解得到的所有三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的個(gè)數(shù)q，即h＝q，取三維空間濾波器中的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)起始階數(shù)l＝g，此時(shí)所構(gòu)建的三元信號(hào)低通濾波器的表達(dá)式為：

另外，考慮到剩余信號(hào)r(t)也屬于低頻信號(hào)，作為其他的實(shí)施方式，也可以將剩余信號(hào)r(t)添加到三維空間濾波器中，此時(shí)所構(gòu)建的三元信號(hào)低通濾波器的表達(dá)式為：

從圖3(圖3-a至圖3-j)可知，由于在本實(shí)施例中三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)w(t)可以分解成9個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)和一個(gè)剩余信號(hào)之和。運(yùn)用傅立葉分別獲取9個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)的傅立葉頻譜，因?yàn)榉蛛x出的各三元信號(hào)按旋轉(zhuǎn)速度(頻率)從高到低的順序排列，故只顯示了三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w3、w4和w5的傅立葉頻譜，如圖4(圖4-a至圖4-i)所示。因?yàn)楸纠修D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，即基頻為50hz，從圖4-a～圖4-c可知，子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w3三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)主要為2倍頻和3倍頻；從圖4-d～圖4-f可知，子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w4三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)主要為基頻；從圖4-g～圖4-i可知，子旋轉(zhuǎn)信號(hào)w5三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)的頻率小于基頻。此時(shí)所構(gòu)建的三元信號(hào)低通濾波器中三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的起始階數(shù)g＝4，截止階數(shù)h＝9，不考慮剩余信號(hào)對(duì)提純結(jié)果的影響，此時(shí)所構(gòu)建的三元信號(hào)低通濾波器的表達(dá)式為：

此時(shí)，三元信號(hào)低通濾波器的輸出即為提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡，其分布情況如圖5所示。

如圖6(圖6-a至圖6-c)所示，將提純的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡分別投影到xoy、yoz和zox平面，可得到三個(gè)平面內(nèi)提純的轉(zhuǎn)子軸心軌跡。如圖7(圖7-a至圖7-c)所示，結(jié)合采樣時(shí)間，可得到轉(zhuǎn)子在xoy、yoz和zox平面內(nèi)的時(shí)域波形圖，即轉(zhuǎn)子在三個(gè)平面上隨時(shí)間的變化情況。

本發(fā)明還提供了一種轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡提純裝置，包括檢測(cè)單元、分解單元、轉(zhuǎn)換單元和組合單元；檢測(cè)單元用于采集轉(zhuǎn)子同一截面上橫向、縱向以及軸向的振動(dòng)信號(hào)，并將其組成一個(gè)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)；分解單元用于將所述三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按照旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)與一個(gè)剩余信號(hào)之和；轉(zhuǎn)換單元用于將各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，并分析各個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)的頻譜，確定基頻所對(duì)應(yīng)的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)；組合單元用于將所有頻率不大于基頻的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加，所得結(jié)果即為提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡。各單元的具體實(shí)現(xiàn)手段已在方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)說明，這里不再贅述。

本發(fā)明通過將轉(zhuǎn)子同一截面上橫向、縱向以及軸向的振動(dòng)信號(hào)組成一個(gè)三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)，然后將該三元旋轉(zhuǎn)信號(hào)按旋轉(zhuǎn)速度從高到低的順序分解成多個(gè)三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)和一個(gè)剩余信號(hào)之和，將所有頻率不大于基頻的三元子旋轉(zhuǎn)信號(hào)相加得到提純后的轉(zhuǎn)子三維空間軸心軌跡，有效提高了算法的自適應(yīng)性。