[发明专利]消除梳状谱噪声对振动能级影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除梳状谱噪声的方法，特别涉及一种消除梳状谱噪声对振动能级影响的方法。

背景技术

1/3倍频程谱是根据人耳对声音的响应特性构造的一种频域分析方法，具有谱线少频带宽的特点，广泛应用于声学和振动信号的分析处理，1/3倍频程的级值(振级/声级)是评判振动噪声大小的主要指标。随着人们对噪声与振动的关注日益增加，倍频程方法也不断获得改进。2014年授权的中国专利《直接获得同工况比邻的多测点变工况倍频程谱阵的方法(专利号是ZL 201110012751.1)》对国内外倍频程方法的研究现状进行了全面综述，指出了前期研究主要从计算精度和滤波器数字化对标准倍频程算法进行改进，只能直接处理多测点单工况振动噪声数据，不能准确地对多测点变工况振动噪声数据进行倍频程处理，并据此提出了一种可以直接获得同工况比邻排列的多测点变工况倍频程谱阵的方法单测点变工况倍频程谱阵和同工况比邻的多测点变工况倍频程谱阵。首先确定块号测点谱阵和块号时间矩阵，其次建立工况时间矩阵和工况性能参数均值矩阵，随后再确定各稳定工况对应的起止数据块块号，最终确定出单测点变工况倍频程谱阵和同工况比邻的多测点变工况倍频程谱阵。相比与原有的方法，此方法大大减少了数据处理时间，提高了处理效率。尽管如此，这样的1/3倍频程处理方法都仍是以测试信号为正常信号，不包含明显干扰为前提，因而在处理带噪声信号时存在一定程度的技术缺陷。

现场被测信号往往包含由诸如齿轮、轴承等部件的局部缺陷引起的周期性的频率成分，甚至不明干扰源引入的周期性干扰谱线，如果不对这些周期性的干扰频率成分进行处理就直接计算振动能级，必然导致计算结果偏大，影响评判的准确性，轻则重复试验，重则定性为不合格品，大大增加研制成本。为了消除周期性干扰谱线，人们构造了多种梳状滤波器，目前梳状滤波器大量应用在机械故障诊断中。2010年发表在期刊煤矿机械第31卷第2期的论文《改进梳状包络检波方法在滚动轴承故障诊断中的应用》对常用的梳状滤波器构造方法进行了综述，指出Morlet小波在频域下为顶部幅值不为1的“钟”形曲线，因而在滤波时会产生信号的幅值改变。这样的非平顶特征讲导致不能准确提取信号谱线的信息，滤波效果较差，从而限制方法的推广。而由Fourier核函数构造的滤波器，频域下具有良好地“盒形”特征，在这一特性的基础上，就可以通过构造出的通频带通滤波器和梳状带通滤波器，直接有效的设计出能够滤除周期性干扰谱线的梳状带阻滤波器。

发明内容

为了克服现有消除梳状谱噪声的方法实用性差的不足。本发明提供一种消除梳状谱噪声对振动能级影响的方法。该方法首先通过观察原始信号频谱中梳状噪声的分布情况，确定相关技术参数，然后以Fourier核函数为基函数构造对应的带通滤波器。在此基础上，通过添加频移因子得到满足要求的梳状带阻滤波器。随后依照时域卷积等效于频域相乘的原理，将原始信号的功率谱和构造出的梳状带阻滤波器相结合，在频域下滤除原始信号中的周期性干扰成分。根据滤波后的频谱幅值，计算得到功率谱密度，参照国际标准值提供的中心频率值将数据划分频段，最终利用功率谱密度值按频段计算出1/3倍频程谱，并以此为依据判定消燥后的信号振动能级是否达标，实用性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种消除梳状谱噪声对振动能级影响的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤1，设原始信号为x(t)，0＜t＜T。首先在时间段[0,T]内对x(t)进行傅里叶变换，得到对应的频域分布曲线X(ω)，

步骤2，观察频谱中是否存在梳状噪声谱线分布。若存在，根据频谱分布确定出周期性噪声谱线的中心频率以及间隔宽度，确定滤波器的中心频率f_c和滤波器的带宽B；

步骤3，以Fourier核函数为基函数构造幅值为1的平顶带通滤波器s(t)，

其中，ω₀≥0表示所构造带通滤波器的截止频率。

s(t)对应的频域分布特性为

通过设置频移因子构造出由多个带通滤波器组成的基于Fourier基函数的梳状滤波器；

若要构造基频为f_b，带宽为2ω₀的梳状滤波器h_b(t)，则通过设置频移因得到：

h_h(t)只能通过频率为f_b及其倍频的梳状带通滤波器。频率f_a范围内构造的通频带通滤波器h_a(t)，