专利名称：一种迭代Teager能量算子解调方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号处理的方法及系统，特别涉及一种适用于AM-FM信号的迭代TEO解调方法及系统。
背景技术：
当机械系统中的旋转机械元件出现局部故障时，机械故障振动信号往往表现为调制形式，如滚动轴承故障振动信号、齿轮箱故障振动信号、转子碰摩故障振动信号，这些调制信号的包络和相位中包含了丰富的故障信息，因此解调分析是提取故障特征和诊断故障类型的一种行之有效的方法。目前，在机械故障诊断领域，常用的解调方法有=Hilbert变换解调、能量算子分离算法(Energy operator separation algorithm，EOSA)、高通绝对值分析解调、检波滤波解调、平方解调和循环平稳解调等。但是这些方法只适用于单分量的AM-FM信号，并存在某些局限。例如，HiIbert变换在解调出的调制信号两端及有突变的中间部位将产生调制，引起解调误差增大；能量算子解调方法得到的结果曲线不是很光滑；高通绝对值分析解调、检波滤波解调、平方解调等广义检波滤波解调分析方法在取绝对值或检波过程可能产生混频效应，从而在解调谱上出现虚假频率成分。由于大多数机械故障振动信号都是多分量的AM-FM信号，因此传统的方法是先通过带通滤波把它分解为单分量的AM-FM信号，然后再用以上方法进行解调。但是，带通滤波器的中心频率和带宽主要依靠经验来选择，这就会带来解调误差，以致不能正确地提取到故障特征。针对这个问题，提出Hilbert-Huang变换、基于经验模态分解(EMD)的TEO解调方法、迭代Hilbert变换等多分量解调方法，并应用于旋转机械的故障诊断中。其中，Hilbert-Huang变换和基于EMD的TEO解调方法具有很好的自适应性，但均存在模态混叠、边界效应等问题；而迭代Hilbert变换虽能部分解决以上问题，但自适应性不强以及频率解调精度不高。因此急需一种自适应性强以及频率解调精度高的信号迭代解调方法及系统。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应性强以及频率解调精度高的信号迭代解调方法及系统，特别是频率解调精度方面，明显优于迭代的Hilbert变换解调。本发明的目的之一是提出一种迭代Teager能量算子解调方法；本发明的目的之二是提出一种迭代Teager能量算子解调系统。本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的本发明提供的一种迭代Teager能量算子解调方法，包括以下步骤Sl 采集原信号；S2:对信号进行能量算子解调，得到该信号的信号能量函数和信号微分能量函数；S3:对信号能量函数和信号微分能量函数进行能量分离，得到幅值包络和瞬时频率；S4:对幅值包络和瞬时频率进行低通滤波，得到信号的瞬时幅值包络和瞬时频率；S5 将幅值包络减去求出的瞬时幅值包络，得到剩余信号分量；S6:对剩余信号分量进行能量判决，如果剩余信号分量的能量与原信号的能量比值大于预定值，返回S2中对该剩余信号分量进行能量算子解调；S7:当剩余信号分量的能量与原信号的能量比值小于预定值时，则完成迭代TEO解调过程。进一步，还包括以下步骤S8 显示和存储每一次得到信号的瞬时幅值、瞬时频率和剩余信号分量。进一步，所述的步骤S2中对信号进行能量算子解调前还包括对于原始信号进行微分运算，得到微分信号，进一步，所述的步骤S3中的能量分离，具体包括以下步骤S31 对原始信号按以下公式进行能量算子运算，得到信号能量函数信号能量算子函数表达式为V/(x) = W0]2 -x(t)x(t)，其中，ψ (χ)表示信号能量函数，x(t)表示原始信号八⑴表示一阶微分信号3⑴表示二阶微分；S32 对微分信号按以下公式进行能量算子运算，得到信号微分能量函数微分信号能量算子函数表达式为《//(★)=vmf-，其中，<//(句表示信号微分能量函数表示三阶微分信号；S33 对信号能量函数和信号微分能量函数采用零相位低通滤波，滤除高频误差分量，得到误差最小的信号能量函数和信号微分能量函数；S34 通过以下公式得到信号的瞬时幅值包络和瞬时频率
权利要求
1.一种迭代Teager能量算子解调方法，其特征在于包括以下步骤51采集原信号；52对信号进行能量算子解调，得到该信号的信号能量函数和信号微分能量函数；53对信号能量函数和信号微分能量函数进行能量分离，得到幅值包络和瞬时频率；54对幅值包络和瞬时频率进行低通滤波，得到信号的瞬时幅值包络和瞬时频率；55将幅值包络减去求出的瞬时幅值包络，得到剩余信号分量；56对剩余信号分量进行能量判决，如果剩余信号分量的能量与原信号的能量比值大于预定值，返回S2中对该剩余信号分量进行能量算子解调；57当剩余信号分量的能量与原信号的能量比值小于预定值时，则完成迭代TEO解调过程。
2.根据权利要求1所述的迭代Teager能量算子解调方法，其特征在于还包括以下步骤S8:显示和存储每一次得到信号的瞬时幅值、瞬时频率和剩余信号分量。
3.根据权利要求1所述的迭代Teager能量算子解调方法，其特征在于所述的步骤S2中对信号进行能量算子解调前还包括对于原始信号进行微分运算，得到微分信号，
4.根据权利要求1所述的迭代Teager能量算子解调方法，其特征在于所述的步骤S3中的能量分离，具体包括以下步骤531对原始信号按以下公式进行能量算子运算，得到信号能量函数信号能量算子函数表达式为I(X) = WO]2 ~x(t)x(t)，其中，Ψ(χ)表示信号能量函数，x(t)表示原始信号，材0表示一阶微分信号，裤0表示二阶微分；532对微分信号按以下公式进行能量算子运算，得到信号微分能量函数微分信号能量算子函数表达式为<//⑷=vmf - mm，其中，《κ句表示信号微分能量函数表示三阶微分信号；533对信号能量函数和信号微分能量函数采用零相位低通滤波，滤除高频误差分量，得到误差最小的信号能量函数和信号微分能量函数；534通过以下公式得到信号的瞬时幅值包络和瞬时频率
5.根据权利要求1所述的迭代Teager能量算子解调方法，其特征在于所述步骤S4中对幅值包络和瞬时频率进行低通滤波采用零相位低通滤波。
6.根据权利要求1-5任一项所述的迭代Teager能量算子解调系统，其特征在于包括信号采集模块、能量算子解调模块、能量分离模块、低通滤波模块、剩余信号分量模块和能量判决模块，所述信号采集模块，用于采集原始信号；所述能量算子解调模块，用于对信号进行能量算子解调，得到该信号的信号能量函数和信号微分能量函数；所述能量分离模块，用于对信号能量函数和信号微分能量函数进行能量分离，得到幅值包络和瞬时频率；所述低通滤波模块，用于对幅值包络和瞬时频率进行低通滤波，通过以下公式得到信号的瞬时幅值包络和瞬时频率；
7.根据权利要求6所述的迭代Teager能量算子解调系统，其特征在于还包括显示模块，用于显示和存储每一次得到信号的瞬时幅值、瞬时频率和剩余信号分量。
8.根据权利要求6所述的迭代Teager能量算子解调系统，其特征在于所述能量算子解调模块还包括信号微分模块，用于对原始信号进行微分运算，并输出微分信号；
9.根据权利要求6所述的迭代Teager能量算子解调系统，其特征在于所述能量分离模块还包括信号能量分离模块、信号微分能量模块、低通滤波模块、瞬时幅值包络模块和瞬时频率模块，所述信号能量分离模块，用于对原始信号按以下公式进行能量算子运算，得到信号能量函数能量算子函数表达式为f(x) = W0]2 -x(0m.所述信号微分能量分离模块，用于对微分信号按以下公式进行能量算子运算，得到信号微分能量函数微分信号能量算子函数表达式为<//⑷=[冲)]2_均片⑴；所述低通滤波模块，用于对信号能量函数和信号微分能量函数采用零相位低通滤波，滤除高频误差分量，得到误差最小的信号能量函数和信号微分能量函数；瞬时幅值包络模块，用于通过以下公式得到信号的瞬时幅值包络
10.根据权利要求6所述的迭代Teager能量算子解调系统，其特征在于还包括零相位低通滤波模块，所述零相位低通滤波模块，用于对幅值包络和瞬时频率进行低通滤波。
全文摘要
本发明公开了一种迭代Teager能量算子解调方法与系统，其解调过程包括以下步骤采集原信号；然后进行能量算子解调，得到该信号的信号能量函数和信号微分能量函数并进行能量分离，得到幅值包络和瞬时频率；通过低通滤波，得到信号的瞬时幅值包络和瞬时频率；将幅值包络减去求出的瞬时幅值包络，得到剩余信号分量；最后对比较剩余信号分量与原始信号的能量差，如果大于预定值则，继续进行能量算子解调；否则结束。本发明立足于能量解调算法、零相位低通滤波与能量判决相结合，实现迭代TEO解调，可由数字电路和模拟电路构建的硬件平台实现，或由软件算法实现，最终得到的解调信号分量可以依据信号的类型选择PC机保存和显示或者是模拟示波器实时显示。
文档编号H03D1/06GK102570979SQ201110430480
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者任兵, 周广武, 毛永芳, 秦毅 申请人:重庆大学