[发明专利]一种用于故障特征判读的时频脊线提取方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于故障特征判读的时频脊线提取方法及装置，包括：采集轴承的故障振动信号，并对故障振动信号进行时频分析获取时频矩阵信息；依据时频矩阵信息，构造度量矩阵并对度量矩阵进行局部最优峰值提取，获取时频矩阵中的多个时频脊线数据集；对多个时频脊线数据集进行阶次分析，获得故障阶次信息，以诊断轴承故障类型。本发明可以快速并准确的对时频脊线数据集进行提取，解决了时频脊线数据集提取不准确、提取效率低以及多源时频脊线数据无法同时提取问题，从而实现轴承故障类型的判断。

技术领域

本发明涉及机械信号处理领域，具体涉及了一种用于故障特征判读的时频脊线提取方法及装置。

背景技术

滚动轴承是旋转机械的重要组成部件，广泛应用于航天、冶金、交通运输等行业。由于工作环境恶劣、载荷变换不定等因素，使其成为最容易出现故障的部件之一。运转中的轴承一旦出现故障可能会导致机械损坏，甚至会造成重大的安全事故。因此，对滚动轴承的工作状态进行监测具有重要的工程意义。

滚动轴承的故障振动信号大多是非平稳信号，时频分析方法(短时傅里叶变换、小波变换等)是分析非平稳信号的重要方法，对轴承信号进行时频分析后，可以获得频率随时间变化的时频图，图中振动幅度较大的频率会形成脊线，对这些脊线进行提取是获取信号某一时刻频率成分和故障特征判读的关键。为获取故障信号的瞬时频率以便准确的对具体故障进行诊断，许多时频脊线提取方法被提出，但目前的时频脊线提取方法依然存在较多问题，例如当信号中干扰噪声能量较大时，有用的特征频率脊线会淹没于噪声频率中，从而导致时频脊线提取困难，影响时频脊线的提取准确率；在时频脊线提取过程中，为使有用信号从干扰信号中凸显出来以便脊线提取，需对原始信号进行复杂的信号处理工作，极大的增加了脊线提取的工作量；目前的时频脊线提取方法需要对时频脊线逐条提取，即无法实现多源脊线同时提取，导致脊线提取效率较低。因此，能够高效的实现多源时频脊线同时准确提取的脊线提取方法对于轴承故障诊断中瞬时频率的确定具有重要意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种用于故障特征判读的时频脊线提取方法及装置，实现了时频脊线的准确提取，同时可以进行多源时频脊线同时提取，提升了时频脊线的提取准确率以及提取效率。通过采集轴承故障振动信号，并对所述振动信号进行时频分析获取时频矩阵，并提取所述时频矩阵中的多个时频脊线，以及对所述多个时频脊线进行阶次分析，以诊断故障类型，实现对轴承故障进行快速并准确的诊断。

本发明提出一种用于故障特征判读的时频脊线提取方法，包括：

采集轴承的故障振动信号，并对所述故障振动信号进行时频分析获取时频矩阵信息；

根据时频矩阵信息构造度量矩阵，并进行局部最优峰值提取，获取多个时频脊线数据集；

对所述多个时频脊线数据集进行阶次分析，获得故障阶次数据，以诊断故障类型。

在本发明的一个实施例中，提取所述时频脊线数据的步骤包括：

输入所述时频矩阵信息，设定多个运动点，观测矩阵信息，第一度量矩阵信息以及所述运动点的移动次数，并初始化所述第一度量矩阵信息；

通过所述运动点在所述观测矩阵信息中按照指定规则移动，并对所述第一度量矩阵进行更新，并通过阈值处理，获取第二度量矩阵信息；

通过提取所述第二度量矩阵信息中的局部最优峰值，获取每一时刻最大度量值的位置，连接所述位置形成所述中间时频脊线数据，并通过对所述中间时频脊线数据进行阈值处理，获取所述时频脊线数据。

在本发明的一个实施例中，所述时频矩阵信息，所述第一度量矩阵信息和所述观测矩阵信息的维度相同。

在本发明的一个实施例中，所述指定规则为所述运动点在所述观测矩阵信息中移至与所述运动点相邻的非本列的多个位置。