[发明专利]基于瞬时频率稳定度SWT物流设备振动信号降噪方法

权利要求书

1.一种基于瞬时频率稳定度SWT物流设备振动信号降噪方法，其组成包括：振动加速传感器，所述的振动加速传感器连接在轴承的外环上，所述的振动加速传感器通过导线连接于上位机采集终端，所述的轴承安装在传输辊轴上，所述的传输辊轴一端连接变速箱，另一端连接传输辊，所述的变速箱连接驱动电机，所述的传输辊外包裹有传送带，所述的传送带上放置有传送物品；其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）利用安装在物流传动设备轴承外环部位上的振动加速传感器采集振动信号；

（2）对步骤（1）获取的传送设备轴承振动信号按时间序列间隔化分段处理，得到采样点数为1024的振动信号片段集合；

（3）对步骤（2）获取的振动片段信号，利用同步挤压小波变换对其进行时频分解，其中小波函数采用的是MORLET小波，频率分解上限为采样频率的一半，时间轴为1024采样点，得到同步挤压小波变量以及时频图信息；

（4）根据每一个小波脊线的主频率信息，对步骤（3）获取的同步挤压小波变量进行选择性提取，还原出含各种谐波信号主频信息的固有模态分量(IMT)集合，为能实现信号的完全分解，这里选取的分解层数为50；

（5）利用Hilbert变换计算步骤（4）得到的IMT分量的瞬时频率曲线，以四分位距值作为衡量瞬时频率曲线离散程度的指标，如果该IMT分量对应的四分位距值大于100，则认为该IMT为真实IMT分量；否则认定为虚假IMT分量或噪声分量，为了防止同步挤压小波变换分解信号出现不完备的情况，对残余分量的判断采用的是自相关函数峰度阈值的判定方法，如果残余分量的自相关函数峰度值小于10，则判定其为真实分量，否则为虚假分量；最后利用满足四分位距值指标的真实分量和满足自相关函数峰度阈值的残余真实分量进行信号重构，实现物流传送设备轴承振动信号的降噪目的。

2.根据权利要求1所述的基于瞬时频率稳定度SWT物流设备振动信号降噪方法，其特征在于，步骤（3）中对振动信号的处理采用的是同步挤压小波变换，而非传统的小波变换；它的实现方法如下：首先对其进行传统小波变换，得到小波系数，其中a为尺度因子，b为平移因子；然后对尺度进行离散化处理得到时间-尺度离散化平面，，其中为离散化尺度因子，为信号长度，这里n取1024，，=64为自定义变量，为采样时间间隔，为离散采样点，通过对小波系数求导估算瞬时频率：

取，，，令，利用压缩算法把时间-尺度平面转化成为时间-频率平面，并对能量进行重新排列;其中阈值设定为：

其中median为中值函数，则在中心频率上同步挤压小波变换值为：

其中；

传统小波变换对单一频率的谐波信号变换后得到的结果，在固定时间点位置沿着瞬时频率上下震荡，正是基于这一点，同步挤压小波变换对传统小波时频谱中的能量进行压缩后重排，实现时间-尺度平面到时间-频率平面的转换；物流传送设备轴承振动信号经同步挤压小波变换后的时频分析结果会更加清晰，在瞬时频率方向更加聚焦，得到的小波脊线也更细更明显。

3.根据权利要求1所述的基于瞬时频率稳定度SWT物流设备振动信号降噪方法，其特征在于，步骤（4）中对谐波信号的提取可以自适应地完成，其具体步骤如下：首先估算谐波信号的中心频率，然后在该主频率的附近确定一个频率选取范围，通过对步骤（3）得到的同步挤压小波变量选择性合成实现谐波信号的重构，

，其中为共轭小波函数的傅里叶变换，

表示取实部；最终提取出中心频率为的IMT分量。

4.根据权利要求1所述的基于瞬时频率稳定度SWT物流设备振动信号降噪方法，其特征在于，由于步骤（3）和步骤（4）的应用，使得步骤（4）得到的IMT分量具有窄带特征，因此可以利用Hilbert变换求解其所对应的瞬时频率曲线，

,令其中，则求出的瞬时频率：

由于得到的谐波信号属于平稳信号，瞬时频率相对稳定，因此可以利用四分位距来衡量瞬时频率曲线的稳定度，并以此作为真假IMT分量的判定条件；如果该值大于100，则说明瞬时频率曲线不稳定出现了波动情况，即可判定对应的IMT分量为噪声或虚假分量。