[发明专利]机械振动信号检测异常干扰消除方法

摘要

本发明提供了一种机械振动信号检测异常干扰消除方法，主要包括以下步骤：①对采集信号做1阶差分，旋转扫描差分信号确定初始脉冲分界；②确定信号有效幅度上限和脉冲幅度下限；从处理信号中检索有效点，做高阶平滑处理，对序列中的非有效点内插形成序列扩展信号；③从处理信号中减去平滑后的序列扩展信号，获得新信号；④若处理信号和新信号差别较大，则将新信号作为处理信号，调整脉冲分界值，重复②后的操作。否则，从新信号中截取脉冲，并重构形成脉冲干扰信号；⑤从采集信号中排除脉冲干扰，就是机械振动信号。本发明具有快速、精度高、可选择和可控制性好的特点，在数据无线传输、语音处理、机械设备声振信号处理领域具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种机械振动信号检测异常干扰消除方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设采集获得的振动信号序列为u₀(i)={u₀(0)、u₀(1)、u₀(2)……u₀(N)}，当前处理信号为S₀(K,i)；令K=0，将采集获得的振动信号u₀(i)作为当前处理信号S₀(K,i)；（2）对处理信号S₀(K,i)进行1阶差分处理，获得1阶差分信号：y₁(0)=S₀(K,0)，y₁(i)=S₀(K,i)-S₀(K,i-1)  (i=1,2,3,......,N)  （a）其中，N为采集获得的振动信号序列的数据点数量；K为循环计算次数，K=0表示初次计算，处理的是测量信号；K≥1时计算处理K-1次获得的、包含高频成分的脉冲信号；（3）对1阶差分信号进行旋转扫描显示，根据旋转扫描显示结果来确定信号的振幅绝对值范围[0,V_max]，定义信号振幅在[0,V]的数据点数量与数据点总量的百分比值为半径V的分界百分比；若1阶差分信号中，大于数值V_K的数据点是脉冲信号，则称[0,V_K]的数据点数量与数据点总量的百分比值为脉冲分界百分比R_K；若K=0，则估计脉冲分界百分比初始值R₀；否则，根据上次处理的R_K-1值计算本次的脉冲分界百分比数值R_K，计算公式为式（b）中，R_max是脉冲分界百分比最大值，且R_max≤100，R_max=100对应测量信号中没有脉冲干扰信号的情况；（4）确定当前处理信号的幅度下限A_min和有效数据点幅度上限B_max；在此，把信号振幅绝对值>A_min的数据点归为脉冲信号，而将信号振幅绝对值<B_max的数据点归为不含脉冲成分的有效信号；令初始密度分布数值f(j)=0，(j=0,1,2,3，……，W)，计算处理信号S₀(K,i)的数据点密度分布函数：f(S0(K,i)Vmax×W)=f(S0(K,i)Vmax×W)+1N(i=0,1,2,......N)---(c)]]>其中，W为振幅绝对值范围[0,V_max]区间的分段数量，W越大，密度分布函数刻画就越精细，W取不小于100的整数，进一步处理可获得数据点的分布函数：F(j)=Σi=0jf(i)]]>   (j=0,1,2,...W)则A_min数值由下式确定：取B_max=C_f×A_min，C_f<1；（5）如果存在脉冲干扰，则会在采集获得的振动信号和1阶差分信号中出现明显的短时能量涨落，对于电磁激励脉冲，有以下结果：y1(i)×y1(i+1)<0|y1(i)-y1(i+1)|>Amin(i=1,3,......,N-1)---(e)]]>（6）在检测得到电磁激励脉冲信号之后，获取该脉冲定位序列号n_j，其中j表示在测量信号中的脉冲排列序号；相应地，脉冲作用的时间范围用脉冲信号数据点序列号表示为[n_j1,n_j2]，其中n_j1为第j个脉冲的起始端点序号，n_j2为第j个脉冲的终止端点序号，所有脉冲数据点序列号的集合为{Λ|[n_j1,n_j2]，j=1,2,3,......,M_c}其中，M_c为脉冲信号段的数量；（7）在检测电磁激励脉冲信号的同时，在非脉冲序列段中进行有效振动信号数据点的检索，对符合以下条件的数据点按序形成新的序列y_BM(k)：yBM(k)={S0(K,i)|y1(i)|≤Bmax∩i∉Λ(i=1,2,3,......N)}(k=1,2,3......M)---(f)]]>式（f）中，M为有效信号数据点数量；（8）对信号序列y_BM(k)进行高阶平滑处理，获得高阶平滑处理后的信号序列y_BML(k)；（9）对步骤（8）所述的信号序列y_BML(k)，在对应的非y_BM(k)数据点处进行内插处理，由此形成信号序列y_BMLI(i)；（10）对信号序列y_BMLI(i)再做高阶平滑处理，获得新的平滑信号序列y_BMLIL(i)；（11）生成新信号序列y_mcs(K,i)：y_mcs(K,i)=S₀(K,i)-y_BMLIL(i)；（12）计算当前处理信号S₀(K,i)和新信号序列y_mcs(K,i)的相对误差是否满足：Σ|S0(K,i)-ymcs(K,i)|Σ|S0(K,i)|<1-RK100---(g)]]>（13）若步骤（12）计算得到的相对误差不满足（g）式，则令K=K+1，S₀(K,i)=y_mcs(K,i)，转入步骤（2）；否则，转入步骤（14）；（14）利用步骤（6）的脉冲定位信息，从y_mcs(K,i)序列中截取得到相应的M_c个短脉冲信号y_MC(j)，(j=1,2,3……,M_c)，脉冲作用时间的边界范围用脉冲采样点数量k_f来表示，k_f≥2；（15）对这M_c个脉冲进行信号重构，建立脉冲干扰信号序列y_ms(i)；（16）获得机械设备振动信号y_mv(i)：y_mv(i)=u₀(i)-y_ms(i)；步骤（9）所述的内插处理，根据脉冲或冲击信号的类型不同，分别采用两种方式进行处理，设i为内插点；k₁、k₂分别为内插段左右两个端点的序号：①对于高频电磁脉冲激励干扰信号，采用线性内插：所述的线性内插计算公式为：yBMLI(i)=i-k1k2-k1[yBML(k2)-yBML(k1)]---(h)]]>式中y_BML(k₁)、y_BML(k₂)是对应的端点数值；②对于混有机械设备运动件之间的撞击、冲击信号，在无冲击信号段采用傅里叶级数变换，再做逆变换内插处理：对于在序列{y_BML(k)}中，需要在k₁、k₂之间内插N_B个数据点，以便构成完整的{y_BMLI(i)，i=1,2，……，2K_B+1}序列的情况，所述的无冲击信号段信号傅里叶级数变换计算公式为：an=12KB+1Σj=1j≠k1+1,k1+2,k1+3,.....,.k1+NB2KB+l1yBML(k1+j)cos(2πfj×nSP)bn=12KB+1Σj=1j≠k1+1,k1+2,k1+3,......,k1+NB2KB+1yBML(k1+j)sin(2πfj×nSP)(n=0,1,2,3....KB)---(i)]]>然后利用以下逆变换计算公式，计算得到内插点k₁+1、k₁+2,k₁+3,……,k₁+N_B的内插值yBMLI(i)=12a0+Σj=1KB[ajcos(2πfj×i-kSP)+bjsin(2πfj×i-kSP)](i=k1+1,k1+2,,......,k1+NB)---(j)]]>式中K_B=（N_B div2）+1；SP为信号采样率；为傅里叶变换的第j项频率。