[发明专利]一种旋转机械扭振冲击信号特征提取方法

摘要

本发明提出一种旋转机械扭振冲击信号特征提取方法。本发明将旋转机械扭振冲击响应信号看作为一组衰减响应信号，指出扭振幅值衰减过程可以用包络曲线来模拟，提出通过Hilbert变换来提取幅值衰减过程的包络特性。在此基础上，根据包络曲线面积来评定冲击响应能量，用指数函数来逼近包络曲线。将包络曲线取对数，得到对数包络曲线。用斜线来逼近对对数包络曲线，由斜线斜率和起点值求得冲击响应信号阻尼特性和冲击幅度。这种方法充分利用了Hilbert变换对瞬态信号的包络分析能力，简化了Prony算法，方法简便、可行。

主权项

一种旋转机械扭振冲击信号特征提取方法，其特征是：1)将扭振冲击响应信号看作为一组衰减响应信号，用Hilbert变换来提取幅值衰减过程的包络曲线；2)根据包络曲线面积评定冲击响应能量；3)求取对数包络曲线，用斜线来逼近对数包络曲线，由斜线斜率和起点值求得冲击响应信号阻尼特性和冲击幅度；其具体步骤为：(1)测量原始扭振信号y(t)，用五点平滑法降噪得到待分析信号y₁(t)；(2)应用Hilbert变换求取待分析信号y₁(t)的包络信号；首先，计算待分析信号y₁(t)的Hilebrt变换信号y₂(t)$y_2\left(t\right)=\mathrm{hilbert}\left[y_1\left(t\right)\right]=\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\frac{y_{1\left(t\right)}}{\mathrm{\&tau;}-t}\mathrm{d\&tau;}$由原始信号y₁(t)和Hilbert变换后的信号构造新的解析信号：y₃(t)＝y₁(t)+jy₂(t)解析信号的幅值就是实信号y₁(t)的包络信号y₄(t)：$y_4\left(t\right)=\sqrt{y_1^2\left(t\right)+y_2^2\left(t\right)};$(3)设定冲击信号的触发阈值为b，将待分析时间段内的包络曲线y₄(t)分为若干组冲击事件A_{i,i＝1,2,...,n}；一组冲击事件A_i的定义如下：信号起点处：y₄(t)<b,y₄(t+Δt)≥b信号终点处：y₄(t)>b,y₄(t+Δt)≤b其中，Δt为采样时间间隔；(4)计算一组冲击事件A_i的包络面积s_i$s_i=\underset{t1}{\overset{t2}{\&Integral;}}{y}_4\left(t\right)\mathrm{dt}$其中，t₁,t₂为冲击事件所对应的起点和终点时刻；(5)用指数衰减函数y₅(t)来逼近包络曲线y₄(t)y₅(t)＝Ae^‑σt其中，A为冲击响应幅值，σ为反映冲击事件衰减快慢程度的量，与系统阻尼有关；(6)求解A和σ将上式等号两边取对数得y₆(t_i)＝ln[y₅(t)]＝ln[Ae^‑σt]＝ln(A)‑σtt＝0时刻信号y₆(t_i)的函数值为ln(A)，信号y₆(t_i)的斜率为‑σ。