[發明專利]一種旋轉機械振動信號降噪方法

在審

• 申請號: 201710388055.8
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107247931A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 隋秀凜;高安澤;葛江華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01H17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于信號處理領域，具體涉及一種旋轉機械振動信號降噪方法。該旋轉機械振動信號降噪方法可以很好的完成在強噪聲背景下的振動信號降噪處理，而且能夠較好的保證原始信號的完整性，更有利于后期信號的分析處理。

背景技術

在機械設備中，旋轉機械具有重要的地位，其性能的好壞，直接影響著機械設備的壽命和可靠性。因此，對于旋轉機械的振動信號進行降噪具有重要的意義。但通常采集到的振動信號含有大量噪聲信號，去噪效果的好壞將直接影響到后期信號的分析與檢測，降噪未完全的信號有可能帶來錯誤的檢測與診斷，給整個機械設備帶來巨大隱患。

目前研究人員已經提出了很多振動信號降噪方法，如EEMD方法、形態學方法、小波方法等。但在強背景噪聲下，現有降噪方法存在很多不足，如EEMD降噪方法雖然對振動信號具有很好的降噪效果，但無法保留信號的完整性；廣義形態學結構元素選取存在的速度慢、適應性差及不能很好接近待分析信號等問題。這些問題就使得后期對于振動信號的分析和處理造成很大干擾，嚴重影響到信號診斷的準確性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種旋轉機械振動信號降噪方法，該降噪方法不僅具有降噪效果好、響應速度快的特點，而且可以很好的保證原始信號的完整性，使其可以更好的滿足旋轉機械對于振動信號采集、預測等需求。

解決本發明技術問題所采用的技術方案是提供一種旋轉機械振動信號降噪方法其特征在于包括以下步驟：

步驟（1）：對原始采集信號進行EEMD分解，獲得n個IMF分量；

步驟（2）：通過改進的遺傳算法對廣義形態學的結構元素進行最優選取；

步驟（3）：將n個IMF分量分別通過改進的廣義形態學濾波器進行信號降噪。

一種旋轉機械振動信號降噪方法，其特征在于，所述步驟（2）還包括：采用不同形狀的結構元素級聯而成，構造了一種由兩個不同結構元素構成的開—閉和閉—開的廣義形態濾波器，從而解決傳統形態濾波器中存在的輸出統計偏倚的問題。

考慮到主要是提取旋轉機械的振動信號，為滿足響應快、降噪效果好的要求，采用直線形和圓盤形兩種不同的結構元素；直線形結構元素具有運算量小，響應快等特點；圓盤形結構元素對振動信號的降噪效果最優。

通過改進的遺傳算法對兩種不同的結構元素進行最優解選取，具體定義如下：

定義函數f（x）在區間[a,b]范圍內，a、b為整數；

求出區間（a,b）的中點c,并計算出f(c)；

比較f(a)、f(b)的大小，其中大的一組定義為α、f(α)；

比較f(c)與f(α)的大小，其中大的一組重新賦值給α、f(α)；

判斷是否達到最優值。若達到最優值，即不再有可取的整數x值；否則，重復—。

結構元素參數的選取，通過信噪比來衡量，信噪比越大，則選取的結構元素參數越好；公式如下：

y₁為原始信號的平方和，y₂為噪音信號的平方和，y為信噪比。

附圖說明

圖1為本降噪方法的流程圖。

圖2為不含噪聲的仿真信號。

圖3為含躁的仿真信號。

圖4為EEMD分解后的IMF分量。

圖5為直線形結構元素。

圖6為圓盤形結構元素。

圖7為經過改進廣義形態學濾波器去噪后的IMF分量。

圖8為現有方法去噪后的仿真信號。

圖9為采用本發明方法去噪后的仿真信號。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

如圖3所示，含噪聲的振動信號模型可表示為：；其中，y(t)為含噪聲的旋轉機械振動信號，x(t)為噪聲，降噪的具體步驟如下：

步驟（1）：對含噪信號進行EEMD分解，獲得n個IMF分量，如圖4所示；EEMD 方法將振動信號按照從高頻到低頻的順序分解為不同的IMF分量，因而可以有效地將信號中的噪聲成分分離，便于后期的降噪處理。

步驟（2）：通過改進的遺傳算法對廣義形態學的結構元素進行優化選取；選取直線和圓盤形兩種結構元素，如圖5、圖6所示。先以直線形結構元素為接觸，選取最優長度參數，再以其為基準，構造出最有高度參數，從而快速、準確的選取出最有結構元素。

具體步驟如下：