用于早期故障检测的包络分析（解调）

定义：什么是包络分析？

包络分析又称 解调 高频包络分析（HFENV）是一种强大的信号处理技术，用于振动分析，以检测滚动轴承和变速箱的早期故障。这类故障，例如微观裂纹或剥落，每次滚动元件经过缺陷处时都会产生一系列低能量、高频的应力波或“冲击”。包络分析是一种从机器的常规背景振动中提取这些重复冲击信号的方法。

为什么标准 FFT 不够用？

这些微小初始冲击的能量通常过低，频率过高，在标准振动谱 (FFT) 中无法识别。信号通常被淹没在噪声基底中，或被来自不平衡或错位等源的较大、较低频率的振动所淹没。这些冲击充当了机器固有共振频率的“调制器”。包络分析旨在解调该信号并揭示潜在的故障频率。

信封分析过程

该技术的工作原理是隔离高频信号，然后检查其重复率。该过程涉及几个步骤：

1. 带通滤波： 原始振动信号首先通过高通或带通滤波器。这将消除所有强烈的低频振动（例如低于 1 kHz 或 5 kHz），并隔离与冲击相关的高频振铃和应力波。
2. 整改： 滤波后的高频信号随后被整流，本质上是将信号的负部分翻转为正部分。这为信号的包络处理做好了准备。
3. 包络（低通滤波）： 对整流信号应用低通滤波器。这会使高频载波信号变得平滑，只留下“包络”——一个代表幅度调制模式的波形，也就是原始冲击的重复率。
4. 包络的FFT： 最后，对新的包络信号进行快速傅里叶变换 (FFT)。得到的“包络谱”清晰地显示了重复冲击的频率。

利用包络谱诊断故障

包络谱中的峰值对应于轴承的计算 故障频率通过将频谱中的峰值与这些已知频率进行比较，分析师可以确定故障的确切位置：

• BPFO（外圈滚珠通过频率）： 表示轴承固定外圈存在缺陷。
• BPFI（滚珠通过频率，内圈）： 表示旋转内圈存在缺陷。由于缺陷会进出负载区，该峰值通常在 1 倍转速时出现边带。
• BSF（球旋转频率）： 表示滚动元件（球或滚子）之一存在缺陷。
• FTF（基本列车频率）： 频率最慢，表明固定滚轮的轴承保持架出现故障。

类似地，对于变速箱，包络谱可以揭示出有裂纹或断齿的齿轮的运转速度的峰值，表明每转一次就会重复受到冲击。

早期检测的力量

包络分析的主要优势在于其灵敏度。它能够在轴承和齿轮故障在标准速度谱中显现或产生足够热量以被红外热成像技术检测到之前数月甚至一年内检测到它们。这提供了宝贵的早期预警，使我们能够以最小的干扰来规划和安排维护，从而防止灾难性故障和二次损坏。

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