[发明专利]基于振动烈度低频滤波修正的振动信号转换方法

说明书

本发明提供了基于振动烈度低频滤波修正的振动信号转换方法，具体包括：步骤(1)：使带通滤波器下限截止频率f_d在有限范围区间内连续取值，分别对振动加速度信号进行频域一次积分，得到振动速度信号；步骤(2)：计算不同f_d条件下所得振动速度信号的振动烈度，绘制振动烈度关于f_d的关系曲线；步骤(3)：根据关系曲线，确定出振动烈度发生突变时对应的最小截止频率f_min；步骤(4)：根据实际需要设定带通滤波器的上限截止频率，令下限截止频率f_d＝f_min进行低频滤波修正，再分别对振动加速度信号进行频域一次和二次积分，获得振动速度和振动位移信号。本发明有效地克服了传统频域积分的低频敏感性及累积误差放大效应，可用于不同类型振动信号之间的精确转换。

技术领域

本发明涉及振动信号处理领域，尤其涉及基于振动烈度低频滤波修正的振动信号转换方法。

背景技术

在机械故障诊断和状态监测中，常用到加速度、速度和位移三种振动参量。但是，在机械振动信号实际测试中，由于仪器设备或测试环境的限制，振动速度和振动位移的测量通常较为困难和复杂，而加速度传感器由于具有体积小、重量轻、频率范围宽、安装方便等优点得到了更加广泛的应用。然而，在许多行业中，往往又需要振动速度和振动位移信息。因此，在很多工程实际中就涉及到振动信号类型转换问题，即将振动加速度信号转换为振动速度信号和振动位移信号。

上述信号转换过程可以通过硬件或软件积分来实现。但是硬件积分不仅会增加测试成本，而且对积分器性能要求高，积分结果也不够理想。近年来，随着动态测试技术和数据处理技术的发展，软件积分方法开始逐渐得到推广应用，尤其是傅里叶(Fourier)变换在信号时域－频域转换方面表现出的独特优势为我们提供了有利工具。然而，以Fourier变换为核心的传统频域积分虽然在理论上已经比较成熟，但在实际应用中由于噪声干扰、低频趋势项等因素的影响，往往会产生很大的低频振荡和峰值误差，具有低频敏感性，计算结果的精度还存在进一步提升的空间。然而，低频段也恰是加速度传感器精度很差的频段，所以低频段的干扰是传统频域积分产生误差的一个主要来源。目前，常用的方法是直接将低于某一频率的分量在频谱上置零处理来去除趋势项，这种方法从分析和操作上十分简洁，但应用中如何界定下限截止频率存在困难。因此，亟需发明一种能够确定传统频域积分最佳下限截止频率，克服其低频敏感性及累积误差放大效应，且能够用于振动信号类型精确转换的新方法。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于振动烈度低频滤波修正的振动信号转换方法，旨在提供一种能够确定传统频域积分最佳下限截止频率、克服其低频敏感性及累积误差放大效应，且能够用于振动加速度信号与振动速度信号及振动位移信号之间精确转换的新方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

基于振动烈度低频滤波修正的振动信号转换方法，具体包括以下步骤：

步骤(一)：使带通滤波器H(k)的下限截止频率f_d在一个有限的范围区间[f_dmin,f_dmax]内取值，在下限截止频率f_d的不同取值条件下，分别对振动加速度时域信号进行频域一次积分，得到相应的振动速度时域信号；

步骤(二)：计算经步骤(一)得到的在不同下限截止频率f_d条件下的振动速度时域信号所对应的振动烈度，绘制振动烈度关于下限截止频率f_d的关系曲线；

步骤(三)：根据步骤(二)得出的振动烈度关于下限截止频率f_d的变化曲线，确定出振动烈度发生突变时对应的最小截止频率f_min，定义f_min为频域积分的最佳下限截止频率；