[发明专利]一种融合振动与声音信号频谱特征的转速测量方法

说明书

本发明公开了一种融合振动与声音信号频谱特征的转速测量方法，该方法主要步骤为：第一，对旋转结构的振动和音频信号离散采样，获得N点采样序列v(n)、a(n)；第二，对v(n)、a(n)进行信号调理并加权得到序列b(n)，并计算其离散频谱B(k)；第三，选取B(k)中p个极值点，记其谱线集合为L；第四，继续采集信号并重复第二步，观察谱线变化并更新L；第五，重复第四步100次，计算L中各谱线连续度，选择连续度最高的谱线k_c进行转速转换。第六，重复第四步，通过卡尔曼滤波确定合适的谱线k_o并输出其转速转换结果。该方法融合了振动和声音信号，综合了旋转机构的振动和声音特性，可在强干扰的情况下准确测量旋转结构的转速。

技术领域

本发明属于机械转速测量领域，涉及一种融合振动与声音信号频谱特征的转速测量方法。

背景技术

旋转结构是生活中常见的设备，例如发电机、电动机、汽车发动机等。旋转结构的转速是其一项重要指标，例如发电机转速的准确测量可以真实的反应产生电力的质量，电动机的转速在全世界大力发展电动汽车的背景下显得更加重要，发动机的转速信息能够综合体现出发动机工作时各种复杂的运行状况。于是旋转结构的转速测量也是对旋转结构的性能进行检测和分析的重要手段。旋转结构转速的变化是有一定规律的并且包含着非常丰富的信息，它是各种力矩相互作用的结果。转速测量对于旋转结构的研究具有重大的意义，传统的测量转速的方法有很多，虽然它们的测量精度基本上都能满足实际需求，但在测量过程中都需要在旋转结构内部的旋转部件或是连接部件上安装相应的传感器，给测量带来不便，也达不到我们所需要的快速检测的目标。旋转结构的振动、声音信号与旋转结构转速存在直接关系，且此两种信号易采集。然而振动与音频信号易收到环境条件影响，对旋转结构转速测量结果造成严重影响。因此，研究出一种在强干扰条件下快速、便捷、灵活的转速测量方法，尽量缩短旋转机构的监测时间，降低检测维修的成本和检测维修工人的专业技术要求，成了现代旋转机械检测产业的需求。

本发明提出的方法，解决了强干扰条件下传统旋转机构转速测量方法难以准确测量旋转结构转速的难题。采用振动与音频信号，可解决单一信号源适应面小的问题，通过卡尔曼滤波可快速滤除强噪声干扰，通过转速转换可准确计算旋转结构转速结果。本方法测量过程快速方便，测量结果准确，不需要拆分旋转结构部件，适用于各种不同类型的旋转结构，为旋转结构转速快速测量提供了一条有效的途径。

发明内容

本发明提出的一种融合振动与声音信号频谱特征的转速测量方法，解决了强干扰条件下传统旋转结构转速测量方法难以准确测量旋转结构转速的难题。采用振动与音频信号，可解决单一信号源适应面小的问题，通过卡尔曼滤波可快速滤除强噪声干扰，通过转速转换可准确计算旋转结构转速结果。本方法测量过程快速方便，测量结果准确，不需要拆分旋转结构部件，适用于各种不同类型的旋转结构，为旋转结构转速快速测量提供了一条有效的途径。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：第一，对旋转结构的振动和音频信号离散采样，获得N点采样序列v(n)、a(n)；第二，对v(n)、a(n)进行信号调理并加权得到序列b(n)，并计算其离散频谱B(k)；第三，选取B(k)中p个极值点，记其谱线集合为L；第四，继续采集信号并重复第二步，观察谱线变化并更新L；第五，重复第四步100次，计算L中各谱线连续度，选择连续度最高的谱线k_c进行转速转换。第六，重复第四步，通过卡尔曼滤波确定合适的谱线k_o并输出其转速转换结果。该方法融合了振动和声音信号，综合了旋转机构的振动和声音特性，可在强干扰的情况下准确测量旋转结构的转速。

本发明的技术方案如下：