[发明专利]基于离散分数余弦变换的碰摩声发射信号降噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及碰摩声发射信号的降噪方法，特别涉及基于离散分数余弦变换的碰摩声发射信号降噪方法。

背景技术

声发射技术是旋转机械碰摩故障检测的一种途径和方法。但是，声发射技术所面临的噪声干扰问题十分严重，尤其是在旋转机械运行环境下带来的多源性强噪声污染，使得声发射信号淹没于噪声中而无法反映设备的真实状态。从噪声中提取与识别有用的声信号是声发射技术应用的核心内容，也是目前大多数不能有效进行声发射技术检测的技术瓶颈。因此，降噪处理一直是声发射信号研究的热点和难点。

在本发明之前，常用的碰摩声发射信号的降噪方法主要是利用小波变换来对声发射信号进行降噪处理，它是通过寻找小波变换的突变点来检测噪声信号，其缺陷是当噪声严重时突变信息可能被噪声淹没，从而造成误差；也有根据声发射模态，通过有用的声信号的波形传递模式，以及与噪声的不同波形特征和频带分布来剔除噪声，但是，当有用的声信号和噪声频带互相混叠严重时，模态声发射方法难以奏效，另外在转子系统结构中，声源信号在传递过程中畸变严重，难以对碰摩声信号的模式进行识别。在声信号降噪处理系统中，对有用的声信号增强也是一种解决噪声污染的有效方法，例如利用离散余弦变换(DCT)的信号增强方法就是目前研究的热点。DCT之所以具有良好的抗噪声特性，是因为它只通过检测各个时刻窗内信号整体幅值的变化来捕捉信号的变化情况，而不是去捕捉与噪声同一个数量级的信号突变，因此对噪声不敏感，在语音增强上已取得了良好的效果。然而，由于声发射源的多样性、瞬态性以及噪声源的复杂性，利用DCT进行声发射信号降噪处理仍然不能取得满意的效果。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，设计、研制一种基于离散分数余弦变换的碰摩声发射信号的降噪方法。

本发明的技术方案是：

基于离散分数余弦变换的碰摩声发射信号降噪方法，其主要技术步骤为：

(1)声发射信号的提取与预处理：

(1-1)通过碰摩声发射实验台接近摩擦点的第一声发射传感器或位于联轴器另一端的第二声发射传感器提取声发射信号；

(1-2)在连续碰摩声发射信号上叠加噪声；

(1-3)对含有噪声的信号进行采样，量化，分帧，加窗，得到离散时间序列；

(2)对该离散时间序列作分数为a的离散分数傅里叶变换，得到F^a(k)；

Fa(k)=13Σn=02[1+exp(2π(a-n)i3)+exp(4π(a-n)i3)]Fn]]>

当n＝0时，Fⁿ为时间序列k本身；当n＝1时，Fⁿ为时间序列k的离散余弦变换；当n＝2时，Fⁿ为时间序列k的离散逆余弦变换；