[發明專利]一種基于改進的自適應形態濾波的非穩態信號檢測方法

有效

• 申請號: 201210135037.6
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102680080A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 沈長青;孔凡讓
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術領域

本發明涉及一種非穩態信號的分析檢測方法，具體涉及一種自適應形態濾波的非穩態信號檢測方法，用于對旋轉機械振動信號中反映故障特征的非穩態信號進行檢測。

背景技術

對于反映機械設備故障的信號中非穩態成分的檢測，在機械設備的故障診斷、生物醫學信號的檢測等領域具有廣泛的應用。常見的非穩態成分檢測方法是在時域信號中觀察是否存在非穩態成分，但是由于檢測過程中不可避免的會混入噪聲，其中表征故障的非穩態成分亦會被噪聲污染，直接觀察的方式準確性和效率都很低。另外一種常用的方法是通過頻域分析信號中的周期特征，但是對于信號中持續時間較短的非穩態信號，在頻譜中表現為較小的幅值，甚至同樣被噪聲淹沒，因此通過頻域分析檢測往往不能得到顯著的特征。此外，對信號進行濾波分析也是去除信號中噪聲干擾，從而提取非穩態成分的一種有效方法，但是其效果受設計的濾波器的關鍵參數，如截止頻率、帶寬、中心頻率等因素影響很大。隨著研究的深入，在實踐中，常用的檢測方法是對信號進行小波包層層分解，然后對小波節點信號進行解調，分析頻域特征，進而得到信號中非平穩成分的周期，但這些技術存在需要先驗知識或者耗時長的缺點。因此，總體來說現有的檢測方法存在對旋轉設備故障判斷的效率低和準確性不高的缺點。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于改進的自適應形態濾波的非穩態信號檢測方法，提高了旋轉設備故障判斷的效率和準確性。

本發明技術解決方案：一種基于改進的自適應形態濾波的非穩態信號檢測方法。在待檢測設備的殼體上安裝加速度傳感器，檢測設備的振動加速度信號，作為檢測信號。步驟如下：

（1）繪制原始信號的時域圖，找出信號各局部極大值的位置，并計算其在時域圖中與時間軸圍成的輪廓區域面積為參考面積:

Sref=Σi=1k-1Slocal_i]]>

式中，S_ref為原始信號極值與時間軸圍成的輪廓區域面積，S_{local_i}＝0.5×length_i×(max_i+max_i+1)為相鄰兩個局部極值與時間軸圍成的輪廓區域面積，k為局部極值個數，i＝1,2,...k-1，length_i為局部極值間的距離，max_i為第i個局部極值。該步驟以信號局部極值與時間軸圍成的輪廓區域面積為形態濾波結構元素設計參考標準，力求通過保留極值信號來實現移除盡可能多的噪聲信號，保留盡可能多故障信號；

（2）設定結構元素基本步長step，step為信號采樣周期，即采樣頻率倒數，依次增加掃描各倍率長度，從1×step，2×step，…,m×step（m為采樣周期倍數,取值范圍為1-30）分別對原始信號進行形態濾波結果與時間軸圍成的輪廓區域面積，并與步驟（1）中所得參考面積對比，找出兩者面積最接近情況下采用的結構元素的步長，定為最佳結構元素；

（3）根據步驟（2）中得到的最佳結構元素長度，根據下述計算公式利用閉-開算子對信號進行形態濾波并分析頻譜：

上式中，Θ,ο和·分別表示腐蝕算子、膨脹算子、開算子和閉算子，其中，基本腐蝕算子、膨脹算子、開算子、閉算子分別表達如下：

腐蝕算子：

(fΘg)(n)＝min[f(n+m)-g(m)]

膨脹算子：