[发明专利]一种基于快速谱峭度的谐波识别方法

说明书

本发明提出的一种基于快速谱峭度的谐波识别方法，属于设备状态监测和故障诊断领域。首先对采集的振动信号进行快速谱峭度计算，得到对应谱峭度较大的p个滤波器，并对振动信号进行滤波和降噪处理，得到对应包络谱序列；再对每个包络谱序列进行区间划分，确定各子区间的基础频率；然后根据谐波搜索区间计算各子区间的有效谐波个数和谐波强度；最后计算各子区间的谐波强度指数，输出谐波强度指数最大的前n个子区间所对应的频率。该方法通过自动识别设备振动信号中的谐波成分，可以准确识别出调制信号的有效频率成分，为智能诊断轴承或齿轮等设备提供重要的故障征兆参数，相比人工识别调制信号的有效频率成分，明显简化工作复杂度且能提高诊断效率。

技术领域

本发明涉及一种基于快速谱峭度的谐波识别方法，属于设备状态监测和故障诊断领域。

背景技术

在设备状态监测和故障诊断领域，轴承、齿轮等设备发生故障时振动信号伴随调制现象，频谱图出现多个边带驼峰。这些设备在出现故障时都与谐波存在对应关系，不同设备故障会对不同(频率)谐波造成影响，因此在对这类故障时振动信号信号进行调制解调时，往往展现出某种故障特征频率占主导的谐波现象。

通常，人工通过包络解调等方法逐一查看频谱图边带驼峰，再根据设备关键部件的特征频率逐个匹配包络谱图上的谐波成分，判断设备是否存在故障。但在监控设备数据较多时，这种人工识别谐波成分的方法将暴露出工作繁杂且诊断效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于快速谱峭度的谐波识别方法，以解决目前人工识别过程中效率较低的问题。

本发明提出一种基于快速谱峭度的谐波识别方法，该方法包括以下步骤：

1)采集设备原始振动信号，通过短时傅里叶和滤波器组对设备原始振动信号进行快速谱峭度计算，选出前p个较大谱峭度对应的滤波器，其中各个滤波器包含对应的中心频率和带宽；

2)使用得到的p个滤波器对设备原始振动信号进行滤波和降噪处理，得到对应的p个包络谱序列；

3)对每个包络谱序列进行区间划分，得到若干个子区间，并确定每个子区间通频幅值最大的频率，将该频率作为该子区间的基础频率；

4)根据每个子区间的基础频率设定谐波搜索区间，对得到的每一个包络谱序列的各子区间按照设定的谐波搜索区间进行查找，确定每个子区间是否包含有有效谐波以及有效谐波个数和对应谐波的强度；

5)根据得到的每一个包络谱序列的各子区间的有效谐波个数和对应谐波强度，计算每一个包络谱序列中各子区间的谐波强度指数，输出谐波强度指数最大的前n个子区间的基础频率。

本发明将快速谱峭度应用到谐波识别中，通过筛选较大的快速谱峭度确定得到若干个滤波器，根据得到的滤波器对设备原始振动信号进行滤波生成若干个包络谱序列，对每个包络谱序列进行子区间划分，按照设定谐波搜索区间对个子区间进行搜索，实现谐波的自动查找。该方法通过自动识别设备振动信号中的谐波成分，可以准确识别出调制信号的有效频率成分，为智能诊断轴承或齿轮等设备提供重要的故障征兆参数；相比人工识别调制信号的有效频率成分，明显简化了工作复杂度且能提高诊断效率。

进一步地，所述步骤1)中快速谱峭度计算过程为：设计一个高通滤波器和一个低通滤波器，采用所述的高通滤波器和低通滤波器分别对设备原始振动信号进行滤波，对每个滤波结果做2倍降采样，不断反复迭代将滤波结果分成K层，并对K层的滤波结果进行谱峭度计算，计算公式为：

其中，表示第K层第i个滤波器所得到的滤波结果，E(·)表示求取期望。

进一步地，为了快速实现对包络谱序列的降噪处理，所述步骤2)中降噪处理方法为：根据每一个滤波后的包络谱序列的最大幅值和中位数设定对应的噪声阈值，将每一个滤波后的包络谱序列中的频率幅值小于对应噪声阈值的频率幅值设为0。