[發明專利]基于峰值間時間差和能量加權的脈沖信號頻率分析方法

有效

• 申請號: 201910017824.2
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109765425B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 柳小勤;尤強;伍星;劉暢;劉韜;蔡正
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學;上海華陽檢測儀器有限公司
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于峰值間時間差和能量加權的脈沖信號頻率分析方法，屬于信號處理領域。本發明通過控制閾值的大小，利用脈沖能量加權和閾值修正，來提高所求脈沖故障頻率的準確性和準確度；通過實驗表明本方法可以有效地用于識別脈沖信號中的頻率信息。

技術領域

本發明涉及一種基于峰值間時間差和能量加權的脈沖信號頻率分析方法，屬于信號處理領域。

背景技術

包絡譜分析利用信號包絡檢波和頻譜分析，根據包絡譜的峰值來確定故障。滾動軸承故障運行時有周期性的脈沖沖擊力，產生振動信號的調制現象，在頻譜上表現為在固有頻率兩側出現間隔均勻的調制邊頻帶。采用解調分析方法，從信號中提取調制信息，分析其強度和頻次就可以判斷零件損傷的程度和部位，是機械故障診斷中廣泛使用的一種分析零件損傷類故障的有效方法。信號解調方法有很多，例如絕對值解調法、線性算子解調法、能量解調法、Hilbert解調法。

在信號預處理技術中，包絡分析針對信號中存在高頻沖擊振動成分有效，能夠在頻域識別邊頻，找出調制信號的特性，進行脈沖頻率和成分的分析。但是對于低速和變速信號來說，由于脈沖頻率不一致，包絡譜分析不是很有效，不能有效辨別出信號中脈沖成分。

發明內容

本發明提供了一種基于峰值間時間差和能量加權的脈沖信號頻率分析方法，以用于識別脈沖信號中的頻率信息。

本發明的技術方案是：一種基于峰值間時間差和能量加權的脈沖信號頻率分析方法，所述方法步驟如下：

步驟1、對一段包含脈沖的連續信號x(t)，設信號中第一次超過閾值A的點為起始點，信號中首次低于閾值A的點為終點，將該段信號截取出來，即得到一個脈沖，以此方法將信號中所有脈沖都截取出來；

步驟2、對于得到的所有脈沖，獲取所有脈沖幅值峰值的時間位置；利用脈沖幅值峰值的時間位置，計算相鄰兩個脈沖間的時間間隔Δt，求倒數即為信號的脈沖瞬時頻率；

步驟3、對于每一個脈沖，按照公式計算其能量，將相鄰兩個脈沖能量均值記為權重按分配，以脈沖瞬時頻率為橫坐標，以該脈沖瞬時頻率下所有權重的累加值為縱坐標，得到能量加權后的脈沖頻率分布直方圖；其中， x_n(t)即為截取的第n個脈沖的時間序列，E_max為所有脈沖能量最大值；

步驟4、對能量加權后的脈沖頻率分布直方圖做閾值修正：基于所選取的閾值A，系數設為C＝e^-(A-A0)，將能量加權后的頻率分布直方圖中的縱坐標與修正系數C相乘，得到該閾值最終脈沖頻率分布直方圖；其中，A0為初始閾值；

步驟5、根據公式A＝A+m更新A，重復以上步驟1-步驟4，直到A達到最大閾值，能得到不同閾值下的最終脈沖頻率分布直方圖，將這些最終脈沖頻率分布直方圖構成脈沖計數關于頻率和閾值的三維分布圖；其中，m表示本次循環下的閾值與下一次進入循環的閾值之間的間隔。

所述A取值為：A0≤A≤A1，將閾值A0與A1之間以間隔m劃分；其中，A1為最大閾值。

所述A0為連續信號x(t)中本底噪聲最大幅值的3-4倍或者最小脈沖成分的最小幅值。

所述A1為連續信號x(t)中最大脈沖成分的最大幅值。

本發明的有益效果是：通過控制閾值的大小，利用脈沖能量加權和閾值修正，來提高所求脈沖故障頻率的準確性和準確度；通過實驗表明本方法可以有效地用于識別脈沖信號中的頻率信息。

附圖說明

圖1是本發明方法步驟流程圖；

圖2是實施例1中仿真脈沖信號；

圖3是閾值為0.8時最終脈沖頻率分布直方圖；

圖4是多閾值能量加權閾值修正的瞬時頻率瀑布圖。

具體實施方式