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1.摘要

本文详细介绍了基于LabVIEW的轴承故障信号分析系统的设计与实现。该系统以凯斯西储大学轴承驱动端的振动信号为研究对象，涵盖了正常信号以及内圈、滚珠、外圈三种故障信号的分析。系统可以对信号进行滤波、时域分析、频域分析和时频域分析等。系统的功能如下（该系统也可以加载其它的.mat信号数据进行分析）：

（1）系统设计包括信号加载、滤波、时域特征分析、幅频域分析及时频域分析等多个模块。

（2）系统采用巴特沃斯滤波器对信号进行滤波，有效去除噪声干扰。

（3）利用LabVIEW的统计函数提取滤波后信号的时域特征，包括平均值、均方根、标准差、方差、峰度与偏斜度，并通过特征直方图直观展示。

（4）运用快速傅里叶变换（FFT）对信号进行频域分析，揭示信号在不同频率上的幅度响应。

（5）最后，使用短时傅里叶变换（STFT）进行时频域分析，以强度图形式展示信号的时频特性。

2.程序介绍

2.1加载原始数据

本系统以加载凯斯西储大学轴承驱动端的振动信号为例来开展信号分析实验，包括一个正常信号（97.mat）和三个故障信号（内圈故障：209.mat，滚珠故障：222.mat，外圈故障：234.mat），信号采样频率为12000Hz。加载后的原始信号如下图所示。

图1. 轴承的四种原始信号

2.2信号滤波

本设计使用巴特沃斯滤波器来对信号进行滤波。巴特沃斯（Butterworth）滤波器是一种具有最大平坦幅度响应低通滤波器，它在数据预处理领域里已有广泛应用。本设计可以设置不同的滤波器参数，如下图所示。

图2. 滤波器参数设置

滤波后的信号如下图所示，使用高通滤波器可以滤掉部分低频噪声，可以让不同类型的信号的频域特征更加有区分度。

图3. 四种原始信号滤波后的效果

2.3信号的时域特征分析

为了便于分析四种信号的时域特征，本设计利用labview的统计函数求取了滤波后信号的时域特征，包括信号的平均值、均方根、标准差、方差、峰度与偏斜度，如下图所示。

2.4信号的幅频域信息

本设计使用labview的频谱测量功能包来对滤波后的信号进行快速傅里叶变换，如下图所示。

2.5信号的时频域分析

本设计使用Labview的STFT模块来对四种信号的滤波信号进行时频域分析，四种信号的STFT的变换效果如下图所示。

3.说明报告

本系统包含详细的说明文档，可以帮助读者更好地理解程序。