[发明专利]一种机械设备振动信号的降噪方法

摘要

本发明涉及一种机械设备振动信号的降噪方法，其包括步骤：对非平稳振动信号进行局部均值分解；根据局部均值分解后得到的PF分量，计算各PF分量与非平稳振动信号的互相关系数，将互相关系数与预先设定数值进行比较，并将互相关系数小于预先设定数值的各PF分量进行叠加重构，得到虚拟噪声通道信号；该虚拟噪声通道信号作为FastICA算法的输入信号；根据FastICA算法将振动信号与虚拟噪声通道信号进行盲源分离，得到振动信号源信号和噪声信号，实现对振动信号的降噪处理。本发明能有效降低振动信号中噪声干扰，使故障特征频率更加明显，进而有利于故障特征的提取，可以广泛在机械设备故障诊断领域中应用。

主权项

一种机械设备振动信号的降噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对非平稳振动信号x(t)进行局部均值分解如下：(1.1)确定振动信号x(t)上的所有局部极值点n_i，计算所有相邻两个极值点的平均值m_i：$m_i=\frac{n_i+n_{i+1}}{2},$式中，n_i+1是与局部极值点n_i相邻的局部极值点；(1.2)将所有的平均值m_i用直线连接，然后采用滑动平均方法做平滑处理，得到局域均值函数m₁₁(t)；(1.3)通过局部极值点n_i求出相应的包络估计值a_i，并将所有包络估计值a_i用直线连接，然后采用滑动平均方法做平滑处理，得到相应的包络估计函数a₁₁(t)；(1.4)从原始非平稳振动信号x(t)中将局域均值函数m₁₁(t)分离出去，得到剩余信号h₁₁(t)，用剩余信号h₁₁(t)除以包络估计函数a₁₁(t)，对剩余信号h₁₁(t)进行解调：h₁₁(t)＝x(t)‑m₁₁(t)，   (1)s₁₁(t)＝h₁₁(t)/a₁₁(t)，   (2)式中，s₁₁(t)为过程信号，解调直到该过程信号s₁₁(t)为纯调频信号为止；(1.5)将迭代得到的包络估计函数全部相乘，得到一个瞬时幅值函数a₁(t)：$a_1\left(t\right)=a_{11}\left(t\right)a_{12}\left(t\right)...a_{1n}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{n}{\Π}}{a}_{1j}\left(t\right);$(1.6)将瞬时幅值函数a₁(t)与纯调频信号s_1n(t)相乘，得到原始非平稳振动信号x(t)的第一个PF₁分量：PF₁(t)＝a₁(t)s_1n(t)；(1.7)从原始非平稳振动信号x(t)中将第一个PF₁分量分离后，得到新的信号u₁(t)，将信号u₁(t)作为新的原始信号，重复上述步骤，循环到信号u_k(t)是一个单调函数：$\left\{\begin{array}{c}{u}_1\left(t\right)=x\left(t\right)-{\mathrm{PF}}_1\left(t\right)\\ u_2\left(t\right)=u_1\left(t\right)-{\mathrm{PF}}_{\text{2}}\left(t\right)\\ ...\\ u_k\left(t\right)=u_{k-1}\left(t\right)-{\mathrm{PF}}_k\left(t\right)\end{array}\right.,$式中，PF_k(t)表示第k个PF分量，u_k(t)表示信号余量；(2)根据步骤(1)中局部均值分解后得到的PF分量，计算各PF分量与非平稳振动信号x(t)的互相关系数，将互相关系数与预先设定数值进行比较，并将互相关系数小于预先设定数值的各PF分量进行叠加重构，得到虚拟噪声通道信号v(t)；该虚拟噪声通道信号v(t)作为FastICA算法的输入信号；(3)根据FastICA算法将振动信号x(t)与虚拟噪声通道信号v(t)进行盲源分离，得到振动信号源信号和噪声信号，实现对振动信号的降噪处理。