[發(fā)明專利]一種融合振動(dòng)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(jì)）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

本發(fā)明公開了一種融合振動(dòng)與聲音信號頻譜特征的轉(zhuǎn)速測量方法，該方法主要步驟為：第一，對旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和音頻信號離散采樣，獲得N點(diǎn)采樣序列v(n)、a(n)；第二，對v(n)、a(n)進(jìn)行信號調(diào)理并加權(quán)得到序列b(n)，并計(jì)算其離散頻譜B(k)；第三，選取B(k)中p個(gè)極值點(diǎn)，記其譜線集合為L；第四，繼續(xù)采集信號并重復(fù)第二步，觀察譜線變化并更新L；第五，重復(fù)第四步100次，計(jì)算L中各譜線連續(xù)度，選擇連續(xù)度最高的譜線k_c進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換。第六，重復(fù)第四步，通過卡爾曼濾波確定合適的譜線k_o并輸出其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換結(jié)果。該方法融合了振動(dòng)和聲音信號，綜合了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)和聲音特性，可在強(qiáng)干擾的情況下準(zhǔn)確測量旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械轉(zhuǎn)速測量領(lǐng)域，涉及一種融合振動(dòng)與聲音信號頻譜特征的轉(zhuǎn)速測量方法。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是生活中常見的設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速是其一項(xiàng)重要指標(biāo)，例如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確測量可以真實(shí)的反應(yīng)產(chǎn)生電力的質(zhì)量，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在全世界大力發(fā)展電動(dòng)汽車的背景下顯得更加重要，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信息能夠綜合體現(xiàn)出發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)各種復(fù)雜的運(yùn)行狀況。于是旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速測量也是對旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行檢測和分析的重要手段。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速的變化是有一定規(guī)律的并且包含著非常豐富的信息，它是各種力矩相互作用的結(jié)果。轉(zhuǎn)速測量對于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的研究具有重大的意義，傳統(tǒng)的測量轉(zhuǎn)速的方法有很多，雖然它們的測量精度基本上都能滿足實(shí)際需求，但在測量過程中都需要在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)部件或是連接部件上安裝相應(yīng)的傳感器，給測量帶來不便，也達(dá)不到我們所需要的快速檢測的目標(biāo)。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、聲音信號與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速存在直接關(guān)系，且此兩種信號易采集。然而振動(dòng)與音頻信號易收到環(huán)境條件影響，對旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速測量結(jié)果造成嚴(yán)重影響。因此，研究出一種在強(qiáng)干擾條件下快速、便捷、靈活的轉(zhuǎn)速測量方法，盡量縮短旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的監(jiān)測時(shí)間，降低檢測維修的成本和檢測維修工人的專業(yè)技術(shù)要求，成了現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機(jī)械檢測產(chǎn)業(yè)的需求。

本發(fā)明提出的方法，解決了強(qiáng)干擾條件下傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速測量方法難以準(zhǔn)確測量旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速的難題。采用振動(dòng)與音頻信號，可解決單一信號源適應(yīng)面小的問題，通過卡爾曼濾波可快速濾除強(qiáng)噪聲干擾，通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換可準(zhǔn)確計(jì)算旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速結(jié)果。本方法測量過程快速方便，測量結(jié)果準(zhǔn)確，不需要拆分旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部件，適用于各種不同類型的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速快速測量提供了一條有效的途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的一種融合振動(dòng)與聲音信號頻譜特征的轉(zhuǎn)速測量方法，解決了強(qiáng)干擾條件下傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速測量方法難以準(zhǔn)確測量旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速的難題。采用振動(dòng)與音頻信號，可解決單一信號源適應(yīng)面小的問題，通過卡爾曼濾波可快速濾除強(qiáng)噪聲干擾，通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換可準(zhǔn)確計(jì)算旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速結(jié)果。本方法測量過程快速方便，測量結(jié)果準(zhǔn)確，不需要拆分旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部件，適用于各種不同類型的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速快速測量提供了一條有效的途徑。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為：第一，對旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和音頻信號離散采樣，獲得N點(diǎn)采樣序列v(n)、a(n)；第二，對v(n)、a(n)進(jìn)行信號調(diào)理并加權(quán)得到序列b(n)，并計(jì)算其離散頻譜B(k)；第三，選取B(k)中p個(gè)極值點(diǎn)，記其譜線集合為L；第四，繼續(xù)采集信號并重復(fù)第二步，觀察譜線變化并更新L；第五，重復(fù)第四步100次，計(jì)算L中各譜線連續(xù)度，選擇連續(xù)度最高的譜線k_c進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換。第六，重復(fù)第四步，通過卡爾曼濾波確定合適的譜線k_o并輸出其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換結(jié)果。該方法融合了振動(dòng)和聲音信號，綜合了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)和聲音特性，可在強(qiáng)干擾的情況下準(zhǔn)確測量旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：