基于信息熵的涡旋压缩机振动信号分析

其中： 一Ｎ — Ｍ ＋ １ ； Ｎ —Ｍ ＋ （ 一１ ） ｒ。
式（ １ ） 变换 后 的滞后 自协 方差 是一个 Ｍ ×Ｍ 的 矩阵 Ｊ ｓ
征提 取 与判别 方法 ， 利用 多 征 兆 域 的观 察 方 法 来 降
＊ 国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ５ １ ２ ６ ５ ０ ２ ７ ） ； 甘 肃 省 高 等 学 校 基 本 科 研 业 务 费 资 助 项 目（ １ ３ ０ ２ Ｚ ＴＣ ０ ３ ４ ） 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ １ ０ — １ ０ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ３ １ ２ — ３ ０
第 １期
５ （ １ ）
Ｓ＝ ＝
邬再新 ， 等： 基 于 信 息 熵 的涡 旋 压 缩 机 振 动 信 号 分 析
∞Ｄ； ＾． ： 一
【
（ ０）
１ ． ３ 振 动信 号 时一 频 域 信 息 熵 特 征
（ ２ ）
、，
从 融合 的 角度提 出 了基 于连续 小波 变换 的小 波 空 间特 征熵 和基 于多 分辨 率分 析 的小波 能谱 熵两 个 定 量衡 量 时一 频 联 合 域 中信 号 不 确 定 性 的 信 息熵 特
征 指标 。
ｓ （ Ｍ 一２ ）
对模式 矩 阵 Ｓ进 行奇 异值 分解 。假 设计 算获 得
的奇异值 为 ≥ ≥ …≥ ，则 ） 构成 了振 动信 号 的奇 异值谱 。设 ｋ 为非零 奇异值 的个 数 ， 则ｋ 值 反
映 了矩 阵 Ｓ的各列 中包含 的不 同模 式 的数 目。 可 以
击 等 对 压 缩 机 的影 响 。揭 示 了变 转 速 条 件 下 涡 旋 盘 ３种 周 期 激 变 的 运 动 形 式 及 信 息 熵 随 着 压 缩 机 转 速 变 化 的 规
振 ＿ 蓦
动
＿ 呈 律 。研究结果为涡旋压缩机故障诊断提供 了基础数据 。
关键词 漩涡压缩机 ； 信息 熵 ； 震 动 信 号 ；故 障诊 断
的性 能数 据还 无法 通 过 准 确 的数 学 模 型 计算 获 得 。 １ ． １ 振 动信 号的 时域信 息熵 特征
振 动 信 号 的信 息熵 特 征
振动 传感 器输 出 的信 息往 往是 一个 离散 的时 间 序列 ， 时 间序列 的时域分 析方 法有 多种 ， 其 中奇异 谱 熵 分 析 方 法 是 适 合 于 采 样 点 数 较 少＿ ５ ］ ，
ＴＨ４ ５ ５
拍一 一
Ｄ
中图 分 类 号
低 采样 时 刻 、 采样频率 等因素对分析结果 的影响。
引 言
涡旋压 缩机 是近 年来 发展起 来 的一种 新 型压缩
把 奇异 谱熵 、 功率 谱熵 、 小 波能谱 熵 和小波 特征谱 熵
作 为综 合评 价涡 旋 压缩 机振 动 状 态 的特 征 指 标 ， 对 信 号进 行 了定量 分析 。
第３ ４ 卷第 １ 期
２ ０ １ ４年 ２月
Ｖ０１ ．３ ４ Ｎｏ． １
Ｆｅｂ ．２ Ｏ １ ４
基 于信 息熵 的涡旋 压 缩 机 振 动信 号 分析
邬 再 新 ， 刘 涛 ， 黄 成 东
（ １ ． 兰 州理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 兰 州 ， ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
机械， 它具有 体积 小 、 质量轻 、 零 部 件 少 和 结构 紧凑 等特点， 广泛 地 应用 于空调 、 制冷 、 各 种气 体压缩 、 发 动机 增压 以及 增压泵 等 系统＿ １ ］ 。由于涡旋 压缩 机在 国 内的应用 时 间还不 是很 长 ，对 其使 用 过程 中的故 障分 析不 多 ， 仍 处 于搭 建 测 试 平 台采 用 传 统 单 一 的 频谱 分析 描述 其工 作 状 态 的初 级 阶段 ， 其 运 转 状况
［ ｚ ｚ 。 … ｚ ］ 的时 间序 列 ， 采 用 延 时 嵌 陷
技术 ， 窗 口长度 为 Ｍ ， 构造 嵌入 空 间 ｍ行 Ｍ 列 的轨 迹矩阵， 即
振 全等 ＿ ３ 对 涡旋压 缩机 的振 动信 号进行 了时域 和频
域分 析 ， 但 此方 法 易受 到 现 场 干扰 信 号 的影 响 。刘
（ ２ ． 兰 州 理 工 大 学 数 字 制 造 技 术 与 应 用 省 部 共 建 教 育 部 重 点 实 验 室 兰 州 ， ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
Ｍ 摘要
Ｖ
为了定量描述涡旋压缩机的运行状 态 ， 应 用信 息熵 理论 ， 建立 了一种 基 于时域 的奇异 谱熵 、 频 域 的 功 率 谱
含 有 噪声序列 的 一 种 较 好 的 工 具 。 对 给 定 的
近年 来 ， 基于 涡旋 压缩 机 的测 试 系 统 的平 台搭 建 和
对其 振 动噪声 的分 析难 以满 足涡 旋压缩 机 运行状 态
监测 的要 求 。彭斌 等 提 出了基 于模块 化硬 件 的方
法 开发 测试 系统来 获得 涡旋 压缩 机 的运转 情况 。刘
涛 等 通过 Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ 开发平 台实现 了涡旋 压缩 机
Ａ ＝ ＝
的振源 确定 ， 但 振动 信 号 的 频 域分 析 与 故 障 征 兆之
间 的对应 关 系受 采 样 时 刻 、 振 动 测试 点 和 采 样 频 率 等要 求 ， 故 障诊 断 的可靠 性不 强 。
笔者 探讨 了基 于时域 、 频 域 和时一 频 域 的故 障 特
一 一 ； ∞ 认为 ， 奇异值谱 ｛ ｝ 是对 振 动信 号在 时 域 中 的一 种
熵、 时一 频 域 小 波 能 量 谱 熵 和 小 波 空 间 特 征 谱 熵 的振 动 信 号 分 析 方 法 ， 并 作 为 综 合 评 价 涡 旋 压 缩 机 振 动 状 态 的 定 量 特 征 指 标 。实 现 了 在 恒 转 速 条 件 下 涡 旋 盘 固有 频 率 的识 别 ， 定 量 分 析 了 动 涡 盘 轴 向振 动 、 径 向 柔 性 机 构 及 轻 微 液