[发明专利]基于平均功率谱的加速度积分方法、装置、设备及介质

说明书

本发明公开了一种基于平均功率谱的加速度积分方法、装置、设备及介质，所述方法包括：获取采集得到的加速度信号；对加速度信号进行处理，得到Welch功率谱曲线或Welch功率谱开方曲线，同时对加速度信号进行傅里叶变换，得到FFT频谱；识别Welch功率谱m个峰值主频，为每个主频划分出各自区域，使频段范围归一化；将各个主频区域内的能量进行累加，使能量归一化；拟合能量曲线，求出各个主频对应的有效频段以确定修正的FFT频谱；根据加速度与速度、位移频谱之间的比例关系得到加速度、速度和位移频谱，并根据傅里叶逆变换得到加速度、速度和位移时程。本发明可以实现加速度积分的全程自动分析，且抗噪性能进一步加强。

技术领域

本发明涉及一种基于平均功率谱的加速度积分方法、装置、设备及介质，属于信号处理技术领域。

背景技术

在工程振动实践中，结构的加速度响应相对于位移和速度响应更易测量，常用于结构模态识别和损伤判别等分析。而在结构抗震性能评价、结构阻尼评估等动力效应评定中，位移和速度指标更具有关键意义。对加速度信号进行时域积分获得位移和速度是振动信号处理中的常用方法，但由于仪器误差和环境影响，测量得到的加速度信号往往带有干扰噪声，导致积分得到的速度和位移与真实响应有较大差别，甚至完全失真。

不同于传统的时域积分，频域积分方法通过FFT变换实现加速度、速度与位移间的相互转换。有国际研究通过对不同积分方法的对比研究，推荐带低频截止的频域积分方法，参考加速度信号的第一阶主频，将低频部分进行归零处理。在低频截止的基础上引入高频截止滤波，以同时消除高频干扰噪声和低频趋势项。以上频率截止法对截止频率参数较为敏感，而相关参数的设置有很大的主观性。

针对频率截止法的局限性提出的有效频段法，基于加速度信号的FFT谱曲线形态拟合，进行加速度信号的滤噪积分。该法对于中等噪声干扰的加速度信号的积分结果精度较高，有效避免了频率截止法的参数敏感性和主观性等问题。但在高噪声干扰下，积分精度随着噪声水平的增大而迅速变差。其次，该法的实施也需要人为给定主频近似信息以判定分析频率范围，不利于工程应用。

事实上，在信号处理领域，除了FFT谱曲线可以反映信号的频域信息，功率谱曲线也具有类似的功能。传统的周期图法直接通过FFT谱的平方求解功率谱曲线，计算方便，但谱线起伏大，弱信号下的频谱分辨率低；Welch算法引入数据分段交叠和加窗函数的方法，对周期图法进行了改进，得到修正功率谱，有效降低噪声影响，所得谱线形状平滑，易于清晰分辨主频。有学者通过实验对比各种功率谱后发现，应用Welch功率谱估计，从宽带噪声中检测出窄带信号的效果最好。如今Welch功率谱已广泛应用于如脉动风谱估计、铁路轨道不平顺度测试、地震监测背景噪声分析等研究和工程实践中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于平均功率谱的加速度积分方法、装置、计算机设备及存储介质，其相对于传统频域积分方法与有效频段法，可以实现加速度积分的全程自动分析，且抗噪性能进一步加强，其中基于Welch功率谱曲线和基于Welch功率谱开方曲线的形态拟合分别适用于高噪声下的多频激励情况和随机激励情况。

本发明的第一个目的在于提供一种基于平均功率谱的加速度积分方法。

本发明的第二个目的在于提供一种基于平均功率谱的加速度积分装置。

本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备。

本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于平均功率谱的加速度积分方法，应用于振动测试工程，所述方法包括：

获取采集得到的加速度信号；

对加速度信号进行处理，得到Welch功率谱曲线或Welch功率谱开方曲线，同时对加速度信号进行傅里叶变换，得到FFT频谱；