[发明专利]一种基于信号时频分解的幅值谱峭度图的实现方法

说明书

本发明公开一种基于信号时频分解的幅值谱峭度图的实现方法，该方法首先用频率切片小波变换对振动信号时频分解获得其时频分解矩阵；然后，在每一尺度分别抽取该尺度每个给定的子时频空间对应的子矩阵，按时间方向求取各个子矩阵的时域均值，把该时域均值作为该子时频空间信号分量幅值随时间变化的趋势，用该时域均值的幅值平方谱峭度按照尺度—频带排列，得到信号的谱峭度尺度—频带平面图，即时频幅值谱峭度图，用颜色深度表示谱峭度的大小，峭度值越大对应谱平面区域的颜色越深，颜色最深的区域对应的频带为特征频带；可用于提取故障特征。

技术领域

本发明属于机械设备信号处理领域，具体涉及一种基于信号时频分解的幅值谱峭度图的实现方法。

背景技术

基于峭度色度图确定特征频带提取损伤特征频率是轴承、齿轮等零部件故障诊断的方法之一。文献[1]提出一种谱峭度图构造方法，采用一对互补的滤波器组，对原始信号采用二进塔式分解，在每一分解尺度得到一系列分量，再求这些分量的峭度，然后把每个尺度的各个峭度按频带映射到尺度—频带平面图上；为了改善上述方法的尺度分辨率，文献[1]还提出一种滤波器组的1/3二进分解树的改进方法，在更多的尺度上分解以得到更加细致的子频带划分，这些子频带的信号分量改善了二进塔式分解的尺度—频带平面图分辨率；文献[2]用互补的滤波器组分解得到分量信号的包络幅值平方的频谱峭度指标代替文献[1]的峭度指标，构造另一种称之为Inforgram的尺度—频带平面图，用来检测信号中的重复冲击信号特征。文献[3]采用小波包分解方法构造谱峭度图，利用各个尺度上小波包分解得到的小波包分量来求峭度，再按小波包频带进行映射，得到尺度—频带平面图。

上述方法改进了文献[4]的计算效率，在应用过程中存在以下问题：

(1)采用滤波器组方法，需要确定互补的高通和低通滤波器参数及滤波器的长度，需要一定的先验知识。

(2)小波包分解方法在分解过程中的下抽样操作，使得(第3尺度分解以后)小波包对应的频带发生倒置，在形成尺度—频带平面图时，需要对小波包分量对应的频带进行重排。另外，小波包采用二进塔式分解方法，尺度分辨率较低。

(3)不管是上述哪一种方法，因为采用互补滤器组分解，互补滤器组的特性确定了频带分割范围，在每一尺度分解信号时，高通滤波器和低通滤波器把信号分解到固定的频带范围内，因此，往往不能根据需求确定所需要精确频带以获取有效的分量。

以下是申请人检索的与本申请相关的参考文献：

[1]J.Antoni.Fast computation of the kurtogram for the detection oftransient faults[J]，Mechanical Systems and Signal Processing,21:108-124，2007。

[2]J Antoni.The infogram:Entropic evidence of the signature ofrepetitive transients[J].Mechanical Systems and Signal Processing，74:73-94，2016。

[3]Yaguo Lei，Jing Lin，Zhengjia He，Yanyang Zi.Application of animproved kurtogram method for fault diagnosis of rolling element bearings[J].Mechanical Systems and Signal Processing，25:1738-1749，2011。

[4]J.Antoni.The spectral kurtosis:a useful tool for characterizingnon-stationary signals[J].Mechanical Systems and Signal Processing，20:282-307，2006。

发明内容