[發(fā)明專利]一種融合振動與聲音信號頻譜特征的轉(zhuǎn)速測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711048469.2
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107843740B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫和;張軍號;郭斯羽;丁宗英;康野
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種融合振動與聲音信號頻譜特征的轉(zhuǎn)速測量方法，其特征在于：使用加速度傳感器和音頻傳感器分別采集旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的振動信號和音頻信號，對信號調(diào)理后進(jìn)行加窗FFT，搜尋其頻譜的p個最大極值點，作為轉(zhuǎn)速備選；繼續(xù)采集振動信號與音頻信號，觀察極大值點變化，選取其中連續(xù)變化且幅值最大的極值點作為初始轉(zhuǎn)速譜線；將初始轉(zhuǎn)速譜線作為卡爾曼濾波輸入，對后續(xù)轉(zhuǎn)速測量結(jié)果進(jìn)行濾波；最后通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換輸出旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速測量結(jié)果，具體包括以下步驟：

步驟一，使用加速度傳感器和音頻傳感器以采樣頻率f_s分別采集時域振動信號和音頻信號，得到N點離散振動序列v(n)、離散音頻序列a(n)，n＝0，1，2，…，N-1；

步驟二，對振動序列v(n)和音頻序列a(n)進(jìn)行信號調(diào)理得到調(diào)理后的離散序列y(n)，調(diào)理公式為：

然后，使用窗函數(shù)w(n)對離散序列y(n)進(jìn)行加權(quán)得到序列b(n)，然后進(jìn)行FFT得到其離散頻譜B(k)；

步驟三，選取B(k)中前p個幅值大的極值點，記極值點譜線位置的集合為L＝[k₁,k₂,…,k_p]，選取方法為：頻譜B(k)中的最大值為B_max，則取T_min＝B_max/8為極值閾值，即極值點幅值B(k)>T_min且其幅值是頻譜最大的p個，則k∈L；

步驟四，繼續(xù)采集振動信號和音頻信號各d點，與前述振動序列v(n)和音頻序列a(n)中的d-1至N+d-2點組成新的N點離散振動序列v(n)、離散音頻序列a(n)，并重復(fù)步驟二得到離散頻譜，觀察集合L中極值點的變化情況并更新集合L，其方法為：L[g]∈L，g＝1,2,…,p；若在區(qū)間[L[g]-1，L[g]+1]內(nèi)存在一個頻譜極值k_new且B(k_new)>T_min，則其連續(xù)標(biāo)志F_g＝1，同時k被k_new替換；反之，其連續(xù)標(biāo)志F_g＝0，k不變；

步驟五，重復(fù)步驟四100次，記錄L中各譜線的連續(xù)標(biāo)志F_g(z)，z＝1,2,…,100；計算L中各譜線的連續(xù)度E_g＝sum(F_g)，sum()表示求和，若max(E_g)<90，則重復(fù)步驟四和步驟五；若max(E_g)>90，則選擇其中連續(xù)度最高的極值點的譜線位置k_c作為初始轉(zhuǎn)速譜線，進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換；若最高的連續(xù)度相等，則取其中較大的頻譜幅值對應(yīng)譜線位置作為初始轉(zhuǎn)速譜線；

步驟六，重復(fù)步驟四，得到信號離散頻譜，將前一次轉(zhuǎn)速對應(yīng)的譜線k_c作為輸入k_i代入簡化卡爾曼濾波過程得到轉(zhuǎn)速譜線范圍[k_i-Δk·d/f_s,k_i+Δk·d/f_s]，其中Δk表示旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)每秒的轉(zhuǎn)速加速度，在譜線范圍內(nèi)搜索頻譜中幅值最大的極值點譜線位置作為當(dāng)前轉(zhuǎn)速輸出譜線位置k_o，對k_o進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換得到其即時轉(zhuǎn)速測量結(jié)果RPM，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換的方法為：

式中，λ表示旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速與頻率的比值，h表示參與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換的譜線位置k_o左右的譜線數(shù)；

步驟七，重復(fù)步驟六，即可得到旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)轉(zhuǎn)速測量結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二中，窗函數(shù)w(n)為高斯?jié)h寧混合卷積窗，其表達(dá)式為：

w(n)＝[G(u₁)*G(u₂)]*[H(u₃)*H(u₄)]

其中G()，H()分別表示高斯窗和漢寧窗的時域表達(dá)式，u₁、u₂、u₃、u₄表示構(gòu)建w(n)所使用的窗函數(shù)長度不同，分別為U₁、U₂、U₃、U₄。