[发明专利]一种基于视觉和盲源分离的振动检测方法

说明书

本发明公开一种基于视觉和盲源分离的振动检测方法，包括：利用高速工业相机采集包含振动信号的振动视频；将所述振动视频进行基于Riesz变换的视频放大处理，得到像素级的振动视频；在放大处理后的振动视频中选择感兴趣的振动测试点；对选择的振动测试点进行基于相位方法的运动位移以及振动频率的提取，得到所述振动测试点的时域振动信号；对所述时域振动信号采用独立成分分析法进行盲源分离解算；基于振源能量理论和谱峭度理论，将解算后的振动信号与各振动测试点进行匹配，得到振动测试点所对应的分离后的振动信号。本发明可适用于工业现场多源振动信号的检测识别系统中，可以有效的检测并分离由多个振动源产生的混杂的振动信号。

技术领域

本发明属于信号处理中的振动检测技术领域，具体涉及一种基于视觉和盲源分离的振动检测方法。

背景技术

振动是影响机械电气设备工作的一个重要因素，振动的检测是进行设备振动分析的前提和关键，其中振动信号的盲源分离技术(blind source separation)是上世纪80年代发展起来的一种有力的信号处理方法。盲源分离是信号处理领域一个极具挑战性的问题，该方法主要用来解决从多个混合后的振动信号中恢复出各个无法直接获得的原始信号。经过多年发展，盲源分离技术主要应用于语音与通信，图像处理，统计信号处理等领域。目前盲源分离问题的研究已经成为国际上信号处理与神经网络等科学研究领域的研究热点，有非常重要的实用价值。

在实际工程应用中，往往需要观测多个工业现场的物理量，但在工程实践中，很多观测到的信号都是多个源信号的混合，也就是说振动信号是一系列传感器的输出，而每一个传感器的输出又是多个源信号的不同组合。此时，盲源信号分离的作用就是从观测到的混合信号中恢复出感兴趣的原始源信号。典型的一个应用场合就是所谓的“鸡尾酒会问题”，在鸡尾酒会中，有很多参会者在交谈，此外还可能播放着音乐，也有外部的环境噪声，这样在会场不同的位置放置麦克风就可以采集到不同的语音信号，但是不同麦克风采集到的不同的语言信号是具有不同权重说话者语言信号的混合信号。盲源信号分离的作用就是从麦克风采集到的语言混合信号中得到感兴趣的说话者的语音。

在振动信号检测领域，振动信号主要分为两类，高频振动和低频振动。通常，在相同情况下高频振动的振幅要较低频振动的振幅小，因此检测高频率振动信号的要求也更高，对检测仪器的灵敏度以及带宽都有更高的要求。采用盲源分离的前提是能够有效采集到混合后的振动信号，对于振动领域来讲就是要能够有效采集到多点的振动信号。信号的采集无疑需要相应的传感器，传统的振动检测方法通常是采用加速度传感器进行多点振动信号的采集。加速度传感器的工作原理是利用加速度和振动力的线性关系进行检测，该方法在实际应用中遇到两个问题：首先是加速度传感器本身有质量，通过探头内部的应变材料来采集振动力的变化，这样，加速度传感器安装在被测表面后会产生质量负载效应，会改变原先被测物的振动特性，这在大质量被测物上表现不明显，但是在对于薄壁类被测物时由于被测物本身质量较小，此时传感器本身质量带来的质量负载效应就比较严重，会影响采集的精度；此外，由于盲源信号分离应用场景的特殊性，需要进行多点测量，如果利用统计方法进行结算原始信号的话，对信号的非高斯性有严格的要求，这就对传感器的布置有较高的要求，传统的加速度传感器需要接触式安装，本身价格昂贵，进行在多点测量时就需要多个传感器，成本升高，不仅如此，在得不到理想解算信号的情况下需要反复多点重复安装加速度传感器，费时费力，有些情况下设备表面甚至无法安装传感器，这极大的影响了实际应用时的有效性。

为了简化实际应用时传感器复杂的多点安装以及换点安装的问题，需要一种非接触式的振动检测方法。对于非接触振动检测，目前主要是基于音频的方法，虽然该方法的带宽较大，但是抗干扰能力差，容易受到高频干扰以及串扰，影响检测精度。

发明内容

本发明为克服现有基于加速度传感器的振动信号盲源分离技术的不足，提供一种能够在复杂噪声环境下无需加速度传感器的基于视觉的非接触式振动信号的盲源分离方法。