[发明专利]旋转设备特征信号采集用低通滤波器的设计方法

说明书

本发明公开了旋转设备特征信号采集用低通滤波器的设计方法，包括以下步骤：S1.获取旋转设备特征信号、低通滤波需要保留的最高频率成分和需要滤除的最低频率成分；S2.根据低通滤波需要保留的最高频率成分、需要滤除的最低频率成分，设计一组低通滤波器；S3.采用低通滤波器对旋转设备特征信号分别进行滤波处理，确定最佳低通滤波器及其对应的差分方程；S4.建立不同滤波要求下的低通滤波器差分方程对照表。本发明避免了推导模拟滤波器转换数字滤波器较难求解的问题，同时优化了现有依靠经验选取滤波器通带截止频率、阻带截止频率两个参数的现状；且建立差分方程对照表，便于实际工程需要时，直接选取对应滤波器差分方程，达到了效率高且可行性强的目的。

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及旋转设备特征信号采集用低通滤波器的设计方法。

背景技术

对信号/数据的数字滤波通常是信号处理的前提和基础，经过滤波得到的信号当中的有用成分可以更加突显出信号的特征。在旋转设备故障诊断时，通过数字滤波器有效实时去除或抑制诸如振动信号的噪声影响、电流信号的倍频成分等，对于进一步研究旋转设备的故障特征有重要意义。

数字滤波器根据单位脉冲响应特性的不同，一般可以分为：无限长脉冲响应(IIR)数字滤波器和有限长脉冲响应(FIR)数字滤波器；根据幅频响应特性的不同可以分为：低通数字滤波器、高通数字滤波器、带通数字滤波器和带阻数字滤波器等。相较于有限长脉冲响应(FIR)数字滤波器，无限长脉冲响应(IIR)数字滤波器的设计方法利用了模拟滤波器的研究成果，设计方法简单而有效，能得到好的幅度特性。

设计无限长脉冲响应(IIR)数字滤波器的主要思想是根据滤波器的设计指标设计出满足条件的模拟滤波器，再将其转换为数字滤波器。其设计方法已有规范的公式步骤，但在实际应用时，如何满足实时性要求，并能够得到其数字解析式，仍希望问题得到简化：将设计步骤整合为一个通用化的公式，从而可以根据实际的信号频率成分以及滤波需要直接代入公式得到对应的滤波器差分方程。然而在推导过程中，由模拟滤波器通过脉冲响应不变法或双线性变换法转换为数字滤波器的步骤很难实现，且越高阶的滤波器越难转换，复杂的计算使得通用化的公式无法求解。此外，对于如何根据实际需要选取最佳低通滤波器的通带截止频率、阻带截止频率两个参数以实现较好的滤波效果，目前还没有一种普遍通用的方法。

综上所述，如何对于不同信号频率成分及滤波要求下都能提供出一种效率高且可行性强的技术方案，是本领域技术人员目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的旋转设备特征信号采集用低通滤波器的设计方法。

旋转设备特征信号采集用低通滤波器的设计方法，包括以下步骤：

S1.获取旋转设备特征信号、低通滤波需要保留的最高频率成分和需要滤除的最低频率成分；

S2.根据步骤S1获取的低通滤波需要保留的最高频率成分和需要滤除的最低频率成分设计一组低通滤波器；

S3.采用步骤S2设计的低通滤波器对旋转设备特征信号分别进行滤波处理，根据滤波处理结果，确定最佳低通滤波器及其对应的差分方程；

S4.重复上述步骤S1、S2和S3，建立不同滤波要求下的低通滤波器差分方程对照表。

优选的，步骤S1中，所述低通滤波需要保留的最高频率成分和需要滤除的最低频率成分的获取均是根据实际需要人为设定的。

优选的，步骤S2中，根据步骤S1获取的低通滤波需要保留的最高频率成分和需要滤除的最低频率成分，通过循环频率搜索法设计一组低通滤波器。