T8-DSA-504包络解调分析（Demodulation）

· T8-DSA 振动分析套件 · 功能与培训说明

执行摘要：包络解调分析模块面向滚动轴承故障诊断，通过希尔伯特变换把高频共振信号中的周期性冲击解调为包络谱特征谱线，配合 BPFO/BPFI/BSF/FTF 特征频率自动计算与彩色标注，实现"早期发现、准确定位、量化分级"的完整诊断闭环。内置故障演示信号源与自动参数配置，培训与演示零设备成本即可开展。

功能速览：希尔伯特包络解调 · 四视图联动 · BPFO/BPFI/BSF/FTF 自动计算与彩色标注 · 谐波列显示 · 自动报警阈值 · 内置故障演示信号源 · 8 通道对比 · 一键批量出图

一、软件功能

包络解调分析（Envelope Demodulation）是滚动轴承故障诊断的核心手段。本软件面向现场振动 analysts 与设备维护人员，对采集到的振动加速度信号执行"带通滤波 → 包络解调 → 包络谱分析"全流程处理，自动从频谱中提取轴承外圈、内圈、滚动体、保持架的特征频率及其倍频与边带，给出明确的故障部件提示与幅值定量结果。

主要功能一览：

多通道选择：支持 8 通道中任选一路进行轴承诊断分析，界面即选即算；

带通滤波预处理：可设置瞬态带通下限/上限频率（Hz），只保留轴承冲击激发的高频共振带，剔除低频干扰；

自动转速提取：无需人工输入转速，软件可从振动信号中自动辨识转频（也可手动设定转速或施加修正倍数）；

轴承几何参数建模：输入滚珠直径、轴承节径、滚珠个数与接触角，软件按滚动轴承运动学公式计算 BPFO / BPFI / BSF / FTF 四类特征频率并实时显示；

包络谱自动判读：在包络谱上自动标注与特征频率对应的峰值、倍频与边带族，红色文字直接给出"故障部件 + 频率 + 幅值"，读谱零门槛；

原始波形 / 包络时域波形 / 原始频谱 / 包络谱四图联动显示，便于对照验证；

报警阈值设定与超限判断；

内置示例数据（Demo 信号），无实测数据时亦可完整演示全部功能，适合培训与销售演示；

分析数据一键导出，便于存档与报告编制。

二、应用场景

旋转设备状态巡检：风机、水泵、电机、齿轮箱、压缩机等滚动轴承设备的定期点检与状态跟踪；

轴承早期故障预警：在剥落、点蚀、裂纹等故障萌生期发现冲击调制成分，为备件采购和检修计划提供依据；

检修质量验收：轴承更换或检修后复测，确认故障特征是否消除；

设备保修与故障仲裁：以定量频谱证据界定故障部件与劣化程度；

培训与教学演示：内置 Demo 信号可离线演示完整诊断流程，适合售前展示与人员培训。

三、测量目的

滚动轴承存在局部损伤（如滚道剥落）时，损伤点与滚道接触会产生周期性冲击。这类冲击本身频率高、能量分散，在普通频谱中往往被淹没；但它会周期性地调制结构的固有振动，在频谱上形成以特征频率为中心、间隔等于转频的边带族。

包络解调的目的就是把这种"调制信息"解出来：对高频共振带滤波后取包络，再对包络做频谱分析，使原本隐含的轴承特征频率及其谐波在低频段清晰显现，从而回答三个问题：

有没有故障？（包络谱中是否出现显著特征频率峰）

哪个部件故障？（峰落在 BPFO / BPFI / BSF / FTF 的哪个位置）

故障到什么程度？（特征峰幅值相对报警阈值与历史趋势的高低）

四、算法原理

4.1 包络解调三步流程

软件对选定通道执行如下处理链：

**步 · 带通滤波：按设定的带通下限/上限（默认建议 1000~2000 Hz 一类的高频共振带）对原始加速度信号带通滤波，保留轴承冲击激发的结构共振成分，抑制低频振动与高频电气噪声；

第二步 · 包络提取（Hilbert 变换）：对带通后的信号构造解析信号，取其瞬时幅值即包络信号，再减去均值去除直流分量——包络曲线的起伏节奏就是轴承冲击的重复频率；

第三步 · 包络谱 FFT：对包络信号做快速傅里叶变换，得到包络幅值谱，并在谱上按轴承运动学特征频率自动检索、标注峰值与边带。

四图联动关系：左上为原始时域波形（可见周期性冲击），左下为带通解调后的包络时域波形（冲击节奏更纯净），右上为原始频谱，右下为包络谱（特征频率与边带在此显现并自动标注）。

4.2 自动转速提取（双路径）

转速是计算特征频率的前提。软件内置两条互补的自动转速辨识路径，并可叠加转速修正倍数以适配皮带传动、齿轮增速等场合：

路径一 · 键相/光电脉冲法：当存在键相脉冲或光电转速信号时，对方波脉冲做 70% / 30% 施密特沿判别与中值滤波稳定性检验，直接测量每转周期，结果稳定可靠；

路径二 · 频谱主峰法：无键相信号时，对振动信号在 10~1000 Hz 范围搜索主峰，并以抛物线插值细化峰位频率，再结合转频谐波关系推算转速；

两路结果自动融合写入转速框，用户亦可手动输入转速覆盖自动值。

4.3 轴承特征频率计算

输入轴承几何参数（滚珠直径 d、轴承节径 D、滚珠个数 Z、接触角 α）与转速 n（r/min），软件按以下运动学公式计算理论特征频率：

注：BSF 为滚动体相对保持架转频（乘 2 为双点接触情形）；cosα 为接触角余弦，深沟球轴承 α≈0 时 cosα≈1。实际故障谱中除特征频率基频外，常见 2 倍、3 倍谐波及间隔等于转频 f 的边带族——内圈故障因随轴旋转负荷区，边带尤其明显。

五、参考标准

ISO 15243《滚动轴承 损坏和失效 术语、特征及原因》：滚动轴承损伤模式分类与失效机理的权威依据；

ISO 13373-1《机器状态监测 振动状态监测 第1部分：振动测量与数据处理的一般程序》：测点选择、测量参数与数据处理规范；

ISO 13373-2 / ISO 20816（原 ISO 10816）系列：旋转机械振动烈度评价的通用框架，可与本软件的总体振动评价功能配合使用；

GB/T 31395 / GB/T 6075 系列：国家标准对机械振动评价的对应规定，供国内项目验收引用。

六、产品优点

一键出诊断结论：特征频率、峰值、边带自动标注，红色文字直接写明"内圈/外圈/滚动体/保持架 + 频率 + 幅值"，一线人员无需读谱经验即可获得专家级结论；

全自动转速：键相与频谱双路径自动辨识，免去人工查转速、查皮带的繁琐，现场效率成倍提升；

参数开放可调：带通范围、转速修正、轴承几何参数、报警阈值全部开放，从通用巡检到专项诊断一台软件覆盖；

内置 Demo 演示模式：无传感器、无设备亦可完整走通诊断流程，售前演示与培训即开即用；

四图联动验证：原始波形、包络波形、原始谱、包络谱同屏对照，结论可追溯、可验证；

与 T8-DSA 家族无缝衔接：同一硬件平台覆盖 FFT/阶次跟踪/动平衡/轴心轨迹/声学等分析，一次投入、持续扩展。

七、操作指导

软件主界面如下图所示：左侧为通道与参数设置区，右侧为四图分析显示区。

图：轴承诊断及包络解调分析主界面（四图联动 + 参数设置区）

7.1 基本操作步骤

第 1 步 · 选择通道：在"通道选择"区勾选待分析的振动通道（界面支持 CH1~CH8 任选）；初次体验可勾选"调试模式（自生成 Demo 信号）"，无需接线即可演示。

第 2 步 · 设置带通范围：在"瞬态带通低值/高值（Hz）"中设定高频共振带，典型取 1000~2000 Hz；如已知轴承外圈固有频率，可将通带对准该频率附近。

第 3 步 · 设置转速：转速来源选"自动提取"由软件自行辨识；皮带传动或增速场合可配合"转速修正倍数"；也可直接在"转速（RPM）"框手动输入实测转速。

第 4 步 · 输入轴承参数：依次填写滚珠直径（mm）、轴承节径（mm）、滚珠个数与接触角；填写完成后软件立即显示 BPFO / BPFI / BSF / FTF 四个特征频率，供与谱图核对。

第 5 步 · 设置报警阈值：在"报警阈值"中输入包络谱幅值门限（单位与谱图一致，默认 0 表示不报警）。

第 6 步 · 查看结果：点击"刷新"执行分析，右侧四图同步更新；勾选"显示轴承各部件特征频率"可在包络谱上叠加特征频率标注线；右下包络谱中的红色文字即自动判读结果。

第 7 步 · 数据管理：点击"显示试存解数据"可查看历史保存的分析结果；"使用范例"可一键载入示例参数。

7.2 操作注意事项

带通范围应避开明显低频干扰（不平衡、不对中通常在 1~3 倍转频）并覆盖轴承共振带，否则包络谱信噪比下降；

滚珠个数与节径务必按实际轴承型号手册填写，参数错误将导致特征频率整体偏移、误判故障部件；

自动转速在信号冲击过强或存在强背景谐波时建议手动核对转速框数值；

判读时优先看包络谱中特征频率的基频及低次谐波（1~3 倍），同时确认边带间隔是否等于转频；

同一测点建议保持采样参数与带通设置一致，以便历史趋势比较。

八、读数案例与建议参数

8.1 读数案例（界面示例数据）

以界面示例（Demo 信号，转速约 1953.9 RPM，即转频约 32.6 Hz）为例：

包络谱中在 204.3 Hz 附近出现显著峰，幅值 2.60×10⁻³ g——该频率与内圈特征频率 BPFI=151.1 Hz 的整数倍关系及其边带族（间隔≈转频）相互印证，红色判读文字给出"内圈 边带特征 204.34 Hz 高 2.60e-03"等结论；

谱中同时出现 2×204.3、3×204.3 等谐波成分，提示内圈损伤已持续激振，应缩短监测周期并安排更换；

对照左侧原始波形，可见明显的周期性冲击调制现象，与包络谱结论一致，形成完整证据链。

8.2 建议参数速查表

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