冲击脉冲频谱分析技术探讨
摘要：振动频谱分析法是目前我国诊断设备故障最主要的方法之一，但是应用起来有一定的难度，有些故障很难诊断。有些情况下，无法得出正确的结论。冲击脉冲频谱分析技术是适应需要而诞生的一种全新诊断技术，尤其诊断轴承和齿轮故障具有无比的优越性。
关键词：振动频谱、包络、冲击脉冲频谱、共振
1．1 概述
40多年的成功经验, 冲击脉冲专利技术(SPM)已经非常成功地被用于获得一个快速的、容易的和可靠的关于滚动轴承的运行状态的诊断信号。在轴承整个生命周期中, 轴承在承载的滚动元件和它的轨道之间的界面产生冲击. 这些冲击信号被传感器拾起, 传感器按比例输出冲击振幅。不像振动传感器, 易受到外界振动信号的干扰，冲击脉冲传感器经过32kHz 的共振, 诊断准确、可靠。如今，冲击脉冲频谱分析技术的出现，使得诊断技术得到长足的发展。可以精确诊断出轴承和齿轮的故障，大大降低其它信号的干扰。
1．2 振动频谱
通过振动传感器采集时域波形信号，时域波形信号经过快速傅立叶变换，转换成频域信号，也就是说将以时间为横坐标的时域信号分解成以频率为横坐标的频域信号，这时得到的图形叫频谱图。通过对该信号的各频率成分进行分析，对照设备运行的特征频率，以便查找故障源，这是普通分析仪常用的方法。
1． 3 冲击脉冲频谱
通过冲击脉冲传感器采集冲击脉冲信号，（传感器共振频率固定为32kHz ，是冲击信号的理想载波。）通过对冲击信号作包络分析，取得包络信号，再对包络信号进行快速傅立叶变换，将以时间为横坐标的包络信号转换成以频率为横坐标的频域信号，通过对该信号的各频率成分进行分析，对照设备运行的特征频率，查找故障源。
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1．4 冲击脉冲频谱的优点
1．4．1 诊断轴承的中、前期故障，延长预警时间。
由于冲击信号能量低，尤其轴承中、前期故障，常常被淹没在背景噪声中。采用普通振动传感器提起冲击脉冲信号是不可能的。采用专用的冲击脉冲传感器，通过硬件和软件的共同作用，保持传感器频率在32kHz 共振，同振动信号相比，所获得的信号被放大5—7倍。针对放大了的信号进行分析，可得到原脉冲信号的周期和相应的幅值。比照轴承的频率，确定振源。这就是其可以诊断轴承中、前期故障的主要原因。
1．4．2 进行冲击脉冲测试轴承时，不受其它振动信号的影响。
设备轴承一旦有问题时，就会发生冲击，会产生其固有频率的振动，一般其频率在30—40KHz 。冲击脉冲传感器经过特殊机械和电路方面的处理，使其在32KHz 发生共振，然后通过高通滤波，将低频振动滤掉，如：不平衡、不对中、松动等，只保留高频的信号，对高频的冲击信号作分析处理。因此，测试时进行冲击脉冲测试轴承时不受其它振动信号的影响。
1．4．3 针对轴承测试，冲击脉冲频谱分析较振动频谱分析、包络分析（共振解调）诊断更准确。
针对轴承测试，冲击脉冲频谱分析具有独到的优势，较振动频谱分析、包络分析（共振解调）诊断轴承故障更加准确、可靠。SPM 频谱（冲击脉冲频谱）用于确定产生强冲击脉冲读数的故障根源。轴承损坏引起的振动在图形上表现为随滚珠在轴承外环上的滚动变化而反复出现的曲线。齿轮等部件损坏产生冲击的图形明显不同，干扰源产生的随机冲击没有图形显示。
SPM 冲击脉冲传感器共振频率（校准频率 32kHz）是冲击瞬变的理想载波。这种传感器的输出与‘包络’给出的调制信号类型相同，主要区别在于：SPM 传感器的频率与振幅响应经过精密调整，因此不需要查找不确定因素，可由机械共振换算出信号。频谱中出现清晰的轴承征兆时，证明产生的测量信号来自轴承。
如下图所示：对于同一台轴承故障的减速机，分别进行三种方式测试。
从振动包络频谱图中可以看到轴承外环的故障频率，但是除了轴承的故障频率外，同样存在很
多其它故障频率，最高谱线不是轴承故障频率，也不能下轴承问题是主要振源的结论。
从冲击脉冲频谱图中可以看到轴承外环的故障频率，但是除了轴承的故障频率外，其它故障频率很低，只有轴承故障频率很突出，完全可以下轴承故障的结论。
1．4．5 采用冲击脉冲频谱方法分析减速箱问题，很容易分清是齿轮问题还是轴承问题。
减速箱检测的问题一直是比较头疼的问题，主要是其振动频谱图太复杂，给诊断人员带来困难。冲击脉冲频谱分析法给诊断人员带来方便，大大简化频谱图，诊断人员很轻松就能完成分析工作。如上图，诊断人员很快从冲击脉冲频谱图中得出轴承故障的结论，而从振动频谱图中，还需要多方求证，才能下结论。
1．5 小结
冲击脉冲频谱分析技术的优越性在于测试任何设备的轴承故障时，通过机械和电子技术，保证在32KHz 发生共振，从而针对任何设备都一样，给分析人员带来方便。