振动信号中包含着丰富的故障信息，准确提取故障特征对设备运行状态的判断有重要意义，因此，振动信号监测在机械设备状态监测与故障诊断中得到了广泛应用。数学形态学是一种非线性时域信号处理方法，比传统方法运算速度快，效果佳，更适合振动信号的实时监测。多尺度形态学是数学形态学的一个分支，可以实现信号的多分辨率分析，在振动信号分析、滤波降噪、故障特征提取等方面有广阔的应用前景。本文应用多尺度形态学实现振动信号的分析处理，针对多尺度形态学在振动信号处理中的特性、机理进行了理论分析和实验验证，主要内容包括：首先阐述了数学形态学在振动信号处理中的应用与研究现状，介绍了数学形态学的基本理论，详细介绍了多尺度形态学分解的方法和实现步骤。研究了多尺度形态学分解的频响特性，定量分析了形态参数对频响特性的影响，归纳总结了结构元素的长度、信号与结构元素的幅值比以及采样频率等形态参数对频响特性的影响规律，为实际应用提供了理论支持与指导。其次对形态学中不同算子的运算过程和机理进行了研究。采用几何图形的分析方法形象直观的显示出各种算子的作用机理，展现了不同算子的运算特征，在此基础上，结合多尺度形态运算的频响特性，提出了多尺度形态学在振动信号处理中结构元素以及形态算子的选取原则。最后，根据上述研究结论，提出了一种新的振动信号形态学处理方法。通过试验台模拟齿轮箱及轴承故障的数据分析，实现了故障特征提取，验证了该方法的可行性和有效性。