[发明专利]转子碰摩声发射信号降噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声发射信号降噪方法，特别是涉及一种基于共轭梯度法与自适应广义形态滤波的转子碰摩声发射信号降噪方法。

背景技术

旋转机械动静件间由于运行过程中不平衡、不对中、热弯曲等因素而发生的碰摩是比较常见的典型故障。声发射(Acoustic Emission，AE)以其灵敏度高、频响范围宽等特点成为旋转机械碰摩故障检测的一种方法。但在实际工程测量中，现场采集的声发射信号往往被各种噪声污染，尤其是旋转机械相对恶劣的工作环境以及运行时设备自身产生的多源性强噪声，使得碰摩声发射信号无法反映出旋转机械的实际碰摩状态。从噪声中提取与识别有用的声发射信号一直是声发射技术应用的研究热点。

形态滤波的基本思想是基于信号的几何结构特征，利用预先定义的结构元素(相当于滤波窗)对信号进行匹配或者局部修正，以达到提取信号，抑制噪声的目的。共轭梯度法是一种求解无约束优化问题的方法。利用共轭梯度法实现广义形态开-闭和闭-开滤波器的最优化组合，使得组合后形成的自适应广义形态滤波器能够有效地剔除转子碰摩声发射信号中的噪声。因此形态滤波与共轭梯度法是我们剔除碰摩声发射信号中噪声的理论依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，结合共轭梯度法，改进广义形态滤波的算法，提出一种转子碰摩声发射信号的降噪方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明基于共轭梯度法与自适应广义形态滤波的转子碰摩声发射信号降噪方法，包括以下步骤：

(1)获得含噪碰摩声发射信号；

(2)对步骤1所获得的含噪碰摩声发射信号进行广义开-闭与闭-开滤波，分别得到广义开-闭与闭-开滤波器的输出信号；

(3)设定广义开-闭与闭-开滤波器的初始权系数为0.5，运用共轭梯度法实现广义开-闭与闭-开滤波器的权系数自适应变换到最优值；

(4)将步骤2所得到的广义开-闭与闭-开滤波器的输出信号按步骤3所得的权系数最优值比例合并，即可得到降噪后的转子碰摩声发射信号。

本发明的优点和效果在于：

1.采用共轭梯度法对权系数进行迭代自适应计算以确定权系数最优值，相比于传统广义形态滤波的固定的权系数，有效地提高了降噪效果。

2.整个降噪算法大部分只涉及加减运算，乘除运算较少，降噪速度相对较快。

本发明的其他优点和效果将在下面继续描述。

附图说明

图1——基于共轭梯度法与自适应广义形态滤波的转子碰摩声发射信号降噪方法总体流程图；

图2-1——碰摩声发射试验装置；图2-2——碰摩装置的结构示意图；

1-电机；2-增速箱；3-联轴器；4-轴承；5-第一轴承座；6-碰摩装置；7-底座；8-转盘；9-轴；10-第二轴承座；21-定子；22-支架；23-螺栓。

图3——基于共轭梯度法的自适应广义形态滤波算法原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

图1是基于共轭梯度法与自适应广义形态滤波的转子碰摩声发射信号降噪方法总体流程图。本方法的步骤如下：

(1)采用碰摩声发射实验装置获得含噪碰摩声发射信号；

(2)对步骤1所获得的含噪碰摩声发射信号进行广义开-闭与闭-开滤波，分别得到广义开-闭与闭-开滤波器的输出信号；

(3)设定广义开-闭与闭-开滤波器的初始权系数为0.5，运用共轭梯度法实现广义开-闭与闭-开滤波器的权系数自适应变换到最优值；

(4)将步骤2所得到的广义开-闭与闭-开滤波器的输出信号按步骤3所得的权系数最优值比例合并，即可得到降噪后的转子碰摩声发射信号。

以下结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的阐述。

1、转子碰摩声发射信号的获取

本例的碰摩声发射实验装置如图2-1和2-2所示。通过一安装在转子台底座7上可移动的碰摩装置6来模拟实现动静间碰摩。电机1通过增速机2以及联轴器3驱动轴9转动；轴9架在第一和第二轴承座5和10上，碰摩装置6安装在第一和第二轴承座5和10之间，轴9穿在碰摩装置6定子中心。碰摩装置6上安装数4个可伸缩的螺栓23，螺栓23沿转轴径向对着轴9中心，通过调节螺栓23进而调节定子21偏离轴心的位置来产生碰摩。