【摘 要】
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振动信号分析为机械设备的状态监视与故障诊断提供了有效途径，同时瞬态信号或时变信号往往反映了重要的故障信息。分形是研究非线性问题的科学，将它应用于复杂机械系统的故
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振动信号分析为机械设备的状态监视与故障诊断提供了有效途径，同时瞬态信号或时变信号往往反映了重要的故障信息。分形是研究非线性问题的科学，将它应用于复杂机械系统的故障诊断中，能够把机械系统状态的复杂变化用简单的数字-“分数维”的变化来表征，能给出状态变化的量化指标，减少状态的表征参数，从而使诊断输出结果更加明显、直观。为了弥补单一分数维的不足，本文在总结和汲取前人研究成果的基础上，结合小波与分形理论，对柴油机表面振动信号进行分析研究。
应用搭建的振动数据采集系统对柴油机振动信号进行数据采集和保存。同时，该系统还能够用于柴油机振动的状态监测，对振动波形进行实时显示，对历史振动加速度生成报表等。
因柴油机表面振动信号存在强噪声，文中采用小波收缩去噪技术，利用正交小波变换和高斯随机变量的性质，对信号的小波分解系数阈值量化，无失真的还原出真实信号。
为了深入了解振动信号的非线性特征，采用了小波包信号提取算法，提取感兴趣的信号频段，以便于对其进行进一步分析。
在比较了半方差法与盒维数法之后，发现盒维数法分析结果线性回归相关度高度显著，且其计算方法简单直观，因此本文采用盒维数法对振动信号进行分析。通过对正常状态和故障状态下柴油机振动信号的分析，发现在故障状态下振动波形分数维有所增大，在特定频段增大趋势尤为明显，即其非线性与突变成分显著增加。因而通过比较机械设备不同状态下分形盒维数在敏感频带上的变化，能够有效地提取机械在故障状态时表现出的非线性和突变信息。通过比较机械设备运行期间频带内分形盒维数的变化，可以有效地监测故障的发生和发展。
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