一种机械振动信号的倒频谱优化计算方法和系统与流程

本发明涉及倒频谱优化计算方法。更具体地，涉及一种机械振动信号的倒频谱优化计算方法和系统。

背景技术：

1、目前，倒频谱是一种监测复杂谱图中周期分量的有效工具，在数学上，一个信号函数的倒频谱函数被定义为该信号函数的傅里叶变换的对数的傅里叶变换。倒频谱可以将信号的频谱上的众多边带谱线凝聚为单根谱线，从而使信号分析变得简单。

2、倒频谱分析方法在机械故障诊断、地震预报、语音分析等多个领域获得了广泛的应用。在机械故障诊断中，当齿轮或轴承等关键零部件发生故障时，通过振动传感器所敏感的振动信号会出现调制现象，信号调制的结果，在其频谱上的主频周围形成众多的规律难以识别的边频，此时利用倒频谱分析，则可方便提取边频的周期成分从而快速定位故障；另外对于布置在不同位置的振动传感器，由于传递路径不同，其振动信号的频谱也有差异，但倒频谱可以将信号的路径效应和传递效应分离，即针对同一检测对象的倒频谱分析结果对传感器的位置不敏感。以上两个优点使得倒频谱对机械故障识别极为有用。

3、机械故障诊断领域的工程应用上，大多机械故障诊断系统以及通用工程软件均集成了倒频谱分析功能。但由于倒频谱分析的具体实现是基于其数学定义进行的，其实现方式涉及信号处理及软件设计等知识，不同的机械故障诊断系统以及通用工程软件所实现的倒频谱分析的效果不尽相同，目前未见到有关倒频谱分析具体实现的通用方法或优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种机械振动信号的倒频谱优化计算方法和系统，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

2、为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、本发明第一方面提供一种机械振动信号的倒频谱优化计算方法，包括：

4、对获取的机械振动信号进行补零延展；

5、对补零延展后的机械振动信号进行快速傅里叶变换，获得机械振动信号的单边幅频函数；

6、对单边幅频函数进行去噪声处理，并依次进行取对数操作和补零延展；

7、对补零延展后的去噪声处理的单边频谱函数的对数函数进行快速傅里叶变换，获得振动信号的倒频谱。

8、可选地，所述获取机械振动信号并对其进行补零延展包括

9、

10、其中，x0(t)为机械振动信号，nx为机械振动信号数据量，

11、kxnx为补零延展后的机械振动信号数据量，kx为整数，且kx>1。

12、可选地，所述机械振动信号的单边幅频函数为

13、y0(f)＝fft(x(t))

14、其中fft(·)为快速傅里叶变换。

15、可选地，进行去噪声处理的单边幅频函数为

16、

17、其中，单边幅频函数y0(f)的频率自变量f∈[fa,fb]且幅值不小于ym，fa>0，fb<fs/2，ym为常数，fs为机械振动信号的采样频率，机械振动信号的单边幅频函数的频率自变量f的定义域为f∈[0,fs/2]。

18、可选地，去噪声处理后的单边频谱函数进行取对数操作得到的对数函数为

19、z0(f)＝log(y(f))。

20、可选地，对去噪声处理的单边频谱函数的对数函数进行补零延展后为

21、

22、其中kznz补零延展后的机械振动信号数据量，kz为整数，且kz>1。

23、可选地，所述机械振动信号的倒频谱函数为

24、c(q)＝fft(z(f))

25、其中倒频谱函数c(q)的倒频率自变量q的定义域为q∈[0,kxt]，t为机械振动信号x0(t)经历时间，t＝nxfs。

26、本发明第二方面提供一种机械振动信号的倒频谱优化计算系统，包括

27、第一单元，用于对获取的机械振动信号进行补零延展；

28、第二单元，用于对补零延展后的机械振动信号进行快速傅里叶变换，获得机械振动信号的单边幅频函数；

29、第三单元，用于对单边幅频函数进行去噪声处理；

30、第四单元，用于对噪声处理后的单边幅频函数进行取对数操作，得到对数函数；

31、第五单元，用于对去噪声处理的单边频谱函数的对数函数进行补零延展；

32、第六单元，用于对补零延展后的去噪声处理的单边频谱函数的对数函数进行快速傅里叶变换，得到机械振动信号的倒频谱。

33、本发明第三方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现本发明第一方面提供的方法。

34、本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面提供的方法。

35、本发明的有益效果如下：

36、本发明对倒频谱的优化符合倒频谱的数学定义，结果准确有效，同时本发明步骤清晰简洁，适合计算机编程实现，可在工程实施中发挥有效作用。

技术特征：

1.一种机械振动信号的倒频谱优化计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补零扩展后的机械振动信号为

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述机械振动信号的单边幅频函数为

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进行去噪声处理的单边幅频函数为

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，去噪声处理后的单边频谱函数进行取对数操作得到的对数函数为

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对去噪声处理的单边频谱函数的对数函数进行补零延展后为

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述机械振动信号的倒频谱函数为

8.一种机械振动信号的倒频谱优化计算系统，其特征在于，包括

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明实施例公开一种机械振动信号的倒频谱优化计算方法和系统。在一具体实施方式中，该方法包括：对获取的机械振动信号进行补零延展；对补零延展后的机械振动信号进行快速傅里叶变换，获得机械振动信号的单边幅频函数；对单边幅频函数进行去噪声处理，并依次进行取对数操作和补零延展；对补零延展后的去噪声处理的单边频谱函数的对数函数进行快速傅里叶变换，获得机械振动信号的倒频谱。本发明对倒频谱的优化符合倒频谱的数学定义，结果准确有效，同时本发明步骤清晰简洁，适合计算机编程实现，可在工程实施中发挥有效作用。

技术研发人员：刘敏,张慧,张龙龙
受保护的技术使用者：北京无线电测量研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15