[發(fā)明專利]機(jī)械振動信號時(shí)域同步平均降噪方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910174741.4
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109948486B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭遠(yuǎn)晶;楊友東;林森;宋士剛
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01H17/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

機(jī)械振動信號時(shí)域同步平均降噪方法，首先在機(jī)械設(shè)備上采集振動信號，并從中選取一段參考子信號；然后令參考子信號從振動信號的初始時(shí)間開始，沿時(shí)間軸方向逐點(diǎn)平移，不斷地在振動信號中遮掩一段子信號，同時(shí)計(jì)算參考子信號與遮掩子信號之間的相關(guān)系數(shù)；最后選擇所有與參考子信號相關(guān)系數(shù)大于閾值的遮掩子信號作為總體同步信號，進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算，獲得降噪后的目標(biāo)信號。本發(fā)明簡單易行，抑制了相位誤差累積效應(yīng)，硬件成本低，應(yīng)用場合廣，降噪效果好，能夠有效提取出故障相關(guān)的特征，用于機(jī)械設(shè)備的故障診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)械振動信號時(shí)域同步平均降噪方法。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)或往復(fù)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的振動信號中往往包含有周期性的特征成分，這種周期性特征的識別對于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷具有重要意義。但由于背景噪聲存在、傳輸路徑衰減、多振源耦合等原因，通常需要采取相應(yīng)的技術(shù)手段，典型如濾波器降噪、小波閾值降噪、小波變換以及經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解等，對振動信號進(jìn)行處理，進(jìn)而提取出周期性特征。特別地，契合于目標(biāo)特征的周期性變化，一種簡單且行之有效的經(jīng)典方法——時(shí)域同步平均降噪方法也在機(jī)械振動信號的特征提取與故障識別中得到了廣泛應(yīng)用。

時(shí)域同步平均降噪方法成功實(shí)施的關(guān)鍵在于參與平均化的各段等長度信號要保持同步，即無相位差，否則在降噪的同時(shí)，有用信號也會被嚴(yán)重衰減。目前保持信號同步的方法主要有按周期截取信號和時(shí)標(biāo)脈沖觸發(fā)同步采樣。按周期截取信號是一種比較傳統(tǒng)的方法，其通過計(jì)算信號自相關(guān)系數(shù)來確定信號周期，但難以獲得準(zhǔn)確的周期，畢竟機(jī)械設(shè)備受工況變化，尤其是故障沖擊振動的影響，轉(zhuǎn)速總會出現(xiàn)少許波動，使得振動信號并非時(shí)刻平穩(wěn)，周期也并非恒定，導(dǎo)致在信號截?cái)噙^程中會出現(xiàn)相位誤差累積效應(yīng)。時(shí)標(biāo)脈沖觸發(fā)同步采樣則需要在參考軸上安裝轉(zhuǎn)速計(jì)或光電編碼器，利用其輸出的時(shí)標(biāo)脈沖觸發(fā)振動信號的同步采樣或者插值重采樣。這種方法能夠準(zhǔn)確的保證信號同步，但其一方面需要增加硬件成本，另一方面在很多實(shí)際場合下，轉(zhuǎn)速計(jì)或光電編碼器的安裝并非易事，甚至不可能，使得該方法的應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械振動信號時(shí)域同步平均降噪方法存在的不足，提出機(jī)械振動信號時(shí)域同步平均降噪方法。

本發(fā)明的機(jī)械振動信號時(shí)域同步平均降噪方法，包括以下步驟：

(1)在機(jī)械設(shè)備上采集一組長度為L的振動信號y(k)，其中k＝1,2,…,L；

(2)在振動信號y(k)中任意選取一個(gè)時(shí)間點(diǎn)k＝k₀，以此點(diǎn)開始截取一段長度為L_s的參考子信號y_s(k_s)，其中L_sL，k_s＝1,2,…,L_s，且參考子信號y_s(k_s)＝y(tǒng)(k_d)，其中k_d＝k₀,k₀+1,…,k₀+L_s-1；

(3)令參考子信號y_s(k_s)從振動信號y(k)的初始時(shí)間點(diǎn)k＝1開始，沿k增大的時(shí)間軸方向逐點(diǎn)平移；

(4)在時(shí)間點(diǎn)k＝k_t處，其中1≤k_t≤L-L_s，參考子信號y_s(k_s)在振動信號y(k)中遮掩一段等長的子信號y_m(k_s)，且遮掩子信號y_m(k_s)＝y(tǒng)(k_m)，其中k_m＝k_t,k_t+1,…,k_t+L_s-1；