[发明专利]基于阈值归一化短时功率谱密度的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法

权利要求书

1.一种基于阈值归一化短时功率谱密度的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法，其步骤如下：

(1)将高速综合检测列车在某高速铁路运行一段时间，记录其运行速度；

(2)高速综合检测车的左、右侧轴箱安装传声器，利用信号线引至采集系统进行声信号采集，采用全域自适应降噪和带通滤波器进行初级滤波，对每间隔2秒的声信号数据，首先进行离散傅氏变换快速算法，然后在每隔20Hz频带宽度上计算瞬时声信号功率，并每间隔5个2秒进行声信号总能量统计，并进行归一化，得到归一化的短时功率谱；

(3)传声器优化

选取气动湍流不明显的背风区域安装传声器，对传声器优化前后利用数据采集系统采集得到的声信号特征信号进行数据处理，利用傅里叶分析得到声信号功率时频信息；传声器位置优化后，满足特征提取和病害诊断的要求；

(4)归一化功率处理

对降噪后的车下声信号进行归一化功率处理。

2.根据权利要求1所述的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法，其特征在于：所述归一化功率处理的具体步骤如下：

1)设高速铁路轮轨滚动声信号时间序列为x(n)，在处理的第一步，首先进行分段，将信号乘以一个有限长窗函数：

式1为卷积形式，故可认为离散信号x(m)经过一个单位冲击响应为w(m)的FIR滤波器窗函数所产生的输出；

2)加窗函数分段后的第i帧语音信号

加窗函数分段后的第i帧语音信号为y_i(n)，则y_i(n)满足

y_i(n)＝w(n)*x((i-1)*inc+n)，1≤n≤L，1≤i≤fn 式5

式中，w(n)为窗函数，可取矩形窗或者汉宁窗，y_i(n)为一帧的数值，n＝1,2,…,L，L为帧长，fn为分帧后的总帧数，inc是帧移；

3)计算声信号的y_i(n)的短时能量

计算声信号的y_i(n)的短时能量公式为

4)声信号序列的计算

分段后的短时信号如果是平稳的，可计算某一帧的傅里叶变换，定义为：

式中，x(m)为声信号序列，e为自然数，j为虚数，m表示第m帧，ω表示相位角，窗w(n-m)沿时间轴移动到不同的位置，取出不同的声信号帧进行傅里叶变换，然后进行信号短时功率谱密度的计算。

3.根据权利要求2所述的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法，其特征在于：所述窗函数为矩形窗、汉宁窗或汉明窗。

4.根据权利要求3所述的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法，其特征在于：所述矩形窗如下：

其中，窗长为L。

5.根据权利要求3所述的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法，其特征在于：所述汉宁窗如下：

其中，窗长为L。

6.根据权利要求3所述的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法，其特征在于：所述汉明窗如下：

其中，窗长为L。

7.根据权利要求1所述的高速铁路钢轨波磨声学诊断方法，其特征在于：步骤(3)中所述气动湍流不明显的背风区域为轴箱背面。