[發明專利]振動信號壓縮的改進卷積自編碼器方法及裝置

有效

• 申請號: 202011064652.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112152633B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 趙志宏;李樂豪;李晴;趙敬嬌;楊紹普;陳恩利;馬新娜;劉永強;顧曉輝;劉澤潮
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30
• 代理公司: 河北國維致遠知識產權代理有限公司 13137
• 代理人: 張一

本發明提供了一種振動信號壓縮的改進卷積自編碼器方法及裝置，該方法應用于數據信號壓縮技術領域，該方法包括：獲取目標機械部件的第一振動信號數據；基于訓練完成的預設堆疊自編碼器對第一振動信號數據進行壓縮，得到壓縮后的目標機械部件的振動信號數據；其中，該預設堆疊自編碼器包含多個自編碼器，每個自編碼器包括編碼器和解碼器，編碼器的處理層包括依次連接的第一卷積層、第一激活函數層、第一批標準化層、第二卷積層、第二激活函數層、第二批標準化層、Flatten層；解碼器的處理層包括依次連接的第一全連接層、第三激活函數層、第三批標準化層、第二全連接層。本發明提供的振動信號壓縮的改進卷積自編碼器方法及裝置能夠在降低自編碼器計算量的同時提高振動信號壓縮精度。

技術領域

本發明屬于信號數據壓縮技術領域，更具體地說，是涉及一種振動信號壓縮的改進卷積自編碼器方法及裝置。

背景技術

隨著機械設備向高速化和大型化發展，機械設備的振動頻率越來越高，振動信號呈現非線性、非平穩的特點。根據奈奎斯特采樣定理，采樣頻率不能低于原始機械設備振動信號的兩倍。因此機械設備在進行健康檢測時會產生海量的數據，對實時傳輸、同步存儲和實時故障診斷帶來了挑戰。隨著深度學習的發展，眾多學者考慮將堆疊自編碼器應用于振動信號數據的壓縮。

然而，現有技術中基于堆疊自編碼器的振動信號壓縮方法存在以下缺陷：

1)現有技術中堆疊自編碼器中編碼器使用卷積和池化對振動信號進行降維和特征提取，池化操作會增大解碼器的計算量，還會導致提取到的特征中有關振動信號的信息不足，進而影響解碼器重構信號，致使網絡損失過大，重構出的振動信號誤差也較大。

2)現有技術中堆疊自編碼器基于反卷積和反池化對振動信號進行重構，其參數設置常常與編碼器對稱來達到近似反函數的目的，但是反卷積與反池化中參數較少難以擬合編碼器的反函數，導致解碼器重構能力較差，進而影響編碼器的降維和特征提取。

因此，如何降低振動信號數據壓縮的計算量，減小重構誤差成為本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種振動信號壓縮的改進卷積自編碼器方法及裝置，以降低堆疊自編碼器的計算量和提高振動信號壓縮精度為目的，解決現有技術中振動信號數據壓縮計算量大、誤差大的技術問題。

本發明實施例的第一方面，提供了一種振動信號壓縮的改進卷積自編碼器方法，包括：

獲取目標機械部件的第一振動信號數據；

基于訓練完成的預設堆疊自編碼器對第一振動信號數據進行壓縮，得到壓縮后的目標機械部件的振動信號數據；

其中，預設堆疊自編碼器包含多個自編碼器，每個自編碼器包括編碼器和解碼器，編碼器的處理層包括依次連接的第一卷積層、第一激活函數層、第一批標準化層、第二卷積層、第二激活函數層、第二批標準化層、Flatten層；解碼器的處理層包括依次連接的第一全連接層、第三激活函數層、第三批標準化層、第二全連接層。

本發明實施例的第二方面，提供了一種振動信號壓縮的改進卷積自編碼器裝置，包括：

數據采集模塊，用于獲取目標機械部件的第一振動信號數據；

信號壓縮模塊，用于基于訓練完成的預設堆疊自編碼器對第一振動信號數據進行壓縮，得到壓縮后的目標機械部件的振動信號數據；

其中，預設堆疊自編碼器包含多個自編碼器，每個自編碼器包括編碼器和解碼器，編碼器的處理層包括依次連接的第一卷積層、第一激活函數層、第一批標準化層、第二卷積層、第二激活函數層、第二批標準化層、Flatten層；解碼器的處理層包括依次連接的第一全連接層、第三激活函數層、第三批標準化層、第二全連接層。