一种旋转机械瞬时转速提取方法、装置、设备及存储介质

本发明属于信号处理，具体涉及一种旋转机械瞬时转速提取方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、旋转机械作为现代工业应用的重要设备之一，对其进行故障诊断已成为系统设计和维护中最关键的环节。作为旋转机械的重要部件，滚动轴承广泛应用于航空航天、轨道交通和能源装备等领域，因此对轴承进行故障诊断成为了保证设备安全可靠运行的重要一环。当轴承表面存在局部缺陷时，滚动体在旋转过程中与缺陷部位接触会产生一个冲击脉冲，当轴承转速恒定时，这种冲击脉冲产生的时间间隔是相同的，因此可以通过频域分析技术检测振动信号中的故障特征频率谱线及其倍频进行轴承故障诊断。在变转速条件下，故障冲击脉冲产生的时间间隔会随着转频的改变而改变，现有的故障诊断技术通常是通过加装速度传感器或信号时频脊线获取瞬时转频曲线，最终实现将时域非平稳信号转换为角域平稳信号并完成故障特征识别的目的。综上所述，旋转机械的瞬时转速提取对于识别旋转机械的故障特征十分重要。

2、目前，基于信号时频脊线的滚动轴承瞬时转速提取方法可以完全摆脱需要特定硬件装置的局限性，已受到众多研究人员的青睐。但是，针对信号时频脊线的提取，现有研究大多集中在改进时频分析算法的能量聚集性，而忽视了观测信号中的噪声成分对信号时频域分布的影响，导致瞬时转速提取结果的准确性受限，有待进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种旋转机械瞬时转速提取方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，用以解决现有基于信号时频脊线的滚动轴承瞬时转速提取技术，所存在因忽视观测信号中的噪声成分对信号时频域分布的影响，而导致瞬时转速提取结果的准确性受限的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，提供了一种旋转机械瞬时转速提取方法，包括：

4、获取旋转机械的观测信号；

5、采用先降噪再分解信号的改进型经验傅立叶分解算法对所述观测信号进行分解处理，得到多个傅立叶固有频带函数；

6、对所述多个傅立叶固有频带函数进行低频段重构处理，得到低频重构信号，以及对所述多个傅立叶固有频带函数进行高频段重构处理，得到高频重构信号；

7、对所述低频重构信号进行时频谱计算处理，得到第一时频能量分布，以及对所述高频重构信号进行时频谱计算处理，得到第二时频能量分布；

8、采用峰值搜索算法对所述第一时频能量分布进行瞬时能量峰值频率提取处理，得到第一时频脊线，以及采用所述峰值搜索算法对所述第二时频能量分布进行所述瞬时能量峰值频率提取处理，得到第二时频脊线；

9、对所述第一时频脊线和所述第二时频脊线进行融合处理，得到融合修正时频脊线；

10、将在所述融合修正时频脊线上的且与某个瞬时时刻对应的频率作为所述旋转机械在所述某个瞬时时刻的瞬时转频，并根据所述瞬时转频计算得到所述旋转机械在所述某个瞬时时刻的瞬时转速。

11、基于上述
技术实现要素：
，提供了一种基于改进型经验傅立叶分解算法进行分解并实现多源时频脊线融合特征增强的瞬时转速提取新方案，即先采用先降噪再分解信号的改进型经验傅立叶分解算法对旋转机械的观测信号进行分解处理，得到多个傅立叶固有频带函数，然后基于所述多个傅立叶固有频带函数，依次进行信号重构处理、时频谱计算处理、瞬时能量峰值频率提取处理和双时频脊线融合处理，得到融合修正时频脊线，最后将在所述融合修正时频脊线上的且与某个瞬时时刻对应的频率作为瞬时转频，计算得到瞬时转速，如此通过对观测信号进行先降噪再提取特征的处理过程，能够减少除转频外的其他频率分量的干扰，增强时频谱的能量聚集性，进而可有效提高瞬时转速提取结果的准确性，便于实际应用和推广。

12、第二方面，提供了一种旋转机械瞬时转速提取装置，包括有依次通信连接的观测信号获取模块、信号分解处理模块、信号重构处理模块、时频谱处理模块、时频脊线获取模块、时频脊线融合模块和瞬时转速计算模块；

13、所述观测信号获取模块，用于获取旋转机械的观测信号；

14、所述信号分解处理模块，用于采用先降噪再分解信号的改进型经验傅立叶分解算法对所述观测信号进行分解处理，得到多个傅立叶固有频带函数；

15、所述信号重构处理模块，用于对所述多个傅立叶固有频带函数进行低频段重构处理，得到低频重构信号，以及对所述多个傅立叶固有频带函数进行高频段重构处理，得到高频重构信号；

16、所述时频谱处理模块，用于对所述低频重构信号进行时频谱计算处理，得到第一时频能量分布，以及对所述高频重构信号进行时频谱计算处理，得到第二时频能量分布；

17、所述时频脊线获取模块，用于采用峰值搜索算法对所述第一时频能量分布进行瞬时能量峰值频率提取处理，得到第一时频脊线，以及采用所述峰值搜索算法对所述第二时频能量分布进行所述瞬时能量峰值频率提取处理，得到第二时频脊线；

18、所述时频脊线融合模块，用于对所述第一时频脊线和所述第二时频脊线进行融合处理，得到融合修正时频脊线；

19、所述瞬时转速计算模块，用于将在所述融合修正时频脊线上的且与某个瞬时时刻对应的频率作为所述旋转机械在所述某个瞬时时刻的瞬时转频，并根据所述瞬时转频计算得到所述旋转机械在所述某个瞬时时刻的瞬时转速。

20、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发信号，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的旋转机械瞬时转速提取方法。

21、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的旋转机械瞬时转速提取方法。

22、第五方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的旋转机械瞬时转速提取方法。

23、上述方案的有益效果：

24、(1)本发明创造性提供了一种基于改进型经验傅立叶分解算法进行分解并实现多源时频脊线融合特征增强的瞬时转速提取新方案，即先采用先降噪再分解信号的改进型经验傅立叶分解算法对旋转机械的观测信号进行分解处理，得到多个傅立叶固有频带函数，然后基于所述多个傅立叶固有频带函数，依次进行信号重构处理、时频谱计算处理、瞬时能量峰值频率提取处理和双时频脊线融合处理，得到融合修正时频脊线，最后将在所述融合修正时频脊线上的且与某个瞬时时刻对应的频率作为瞬时转频，计算得到瞬时转速，如此通过对观测信号进行先降噪再提取特征的处理过程，能够减少除转频外的其他频率分量的干扰，增强时频谱的能量聚集性，进而可有效提高瞬时转速提取结果的准确性，便于实际应用和推广。

技术特征：

1.一种旋转机械瞬时转速提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的旋转机械瞬时转速提取方法，其特征在于，采用先降噪再分解信号的改进型经验傅立叶分解算法对所述观测信号进行分解处理，得到多个傅立叶固有频带函数，包括：

3.根据权利要求1所述的旋转机械瞬时转速提取方法，其特征在于，采用先降噪再分解信号的改进型经验傅立叶分解算法对所述观测信号进行分解处理，得到多个傅立叶固有频带函数，包括有如下步骤s21～s26：

4.根据权利要求1所述的旋转机械瞬时转速提取方法，其特征在于，对所述多个傅立叶固有频带函数进行低频段重构处理，得到低频重构信号，以及对所述多个傅立叶固有频带函数进行高频段重构处理，得到高频重构信号，包括：

5.根据权利要求1所述的旋转机械瞬时转速提取方法，其特征在于，对所述低频重构信号进行时频谱计算处理，得到第一时频能量分布，包括：通过短时傅立叶变换对所述低频重构信号进行时频分析处理，得到第一时频能量分布；

6.根据权利要求1所述的旋转机械瞬时转速提取方法，其特征在于，采用峰值搜索算法对所述第一时频能量分布进行瞬时能量峰值频率提取处理，得到第一时频脊线，以及采用所述峰值搜索算法对所述第二时频能量分布进行所述瞬时能量峰值频率提取处理，得到第二时频脊线，包括：

7.根据权利要求1所述的旋转机械瞬时转速提取方法，其特征在于，对所述第一时频脊线和所述第二时频脊线进行融合处理，得到融合修正时频脊线，包括：

8.一种旋转机械瞬时转速提取装置，其特征在于，包括有依次通信连接的观测信号获取模块、信号分解处理模块、信号重构处理模块、时频谱处理模块、时频脊线获取模块、时频脊线融合模块和瞬时转速计算模块；

9.一种计算机设备，其特征在于，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发信号，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求1～7中任意一项所述的旋转机械瞬时转速提取方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如权利要求1～7中任意一项所述的旋转机械瞬时转速提取方法。

技术总结
本发明公开了一种旋转机械瞬时转速提取方法、装置、设备及介质，涉及信号处理技术领域。所述方法是先采用先降噪再分解信号的改进型经验傅立叶分解算法对旋转机械的观测信号进行分解处理，得到多个傅立叶固有频带函数，然后基于所述多个傅立叶固有频带函数，依次进行信号重构处理、时频谱计算处理、瞬时能量峰值频率提取处理和双时频脊线融合处理，得到融合修正时频脊线，最后将在所述融合修正时频脊线上的且与某个瞬时时刻对应的频率作为瞬时转频，计算得到瞬时转速，如此通过对观测信号进行先降噪再提取特征的处理过程，能够减少除转频外的其他频率分量的干扰，增强时频谱的能量聚集性，进而可有效提高瞬时转速提取结果的准确性。

技术研发人员：杨岗,林建辉,李艳萍,郑志伟
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15