[发明专利]一种无线振动传感器的频谱重构方法

说明书

本发明公开了一种无线振动传感器的频谱重构方法，包括以下步骤：通过无线振动传感器，对振动波形信号Xsubgt;0/subgt;(t)进行采样，获得无线振动传感器采样的时域信号X(t)、无线振动传感器采样的时域响应函数Hsubgt;1/subgt;(t)、无线振动传感器采样的时域窗函数Hsubgt;2/subgt;(t)；分别对时域信号X(t)、时域响应函数Hsubgt;1/subgt;(t)、时域窗函数Hsubgt;2/subgt;(t)进行快速傅里叶变换，获得无线振动传感器采样的信号频谱X(f)、的频域响应Hsubgt;1/subgt;(f)和采样窗函数的频谱Hsubgt;2/subgt;(f)，对Hsubgt;2/subgt;(f)进行序列变换，获得变换后的序列Hsubgt;2/subgt;’；建立无线振动传感器信号频谱的重构模型；基于重构模型和L1范数正则化原理，建立模型参数的寻优函数；对寻优过程设定截止条件和参数寻优范围、确定重构模型参数，从而实现了从无线振动传感器采样的信号频谱X(f)重构出原振动信号频谱Xsubgt;0/subgt;(f)。

技术领域

本发明涉及无线震动信号的处理领域，尤其是涉及一种无线振动传感器的频谱重构方法。

背景技术

随着工业4.0及智能制造的逐步推进，工业制造的智能化以及工业互联网的建设逐渐成为当下工业转型的主要方向。在工业制造的智能化进程中，数据的获取是重要的一环，而振动信号则是工业现场中最常采集的信号之一。

在振动信号采集手段上，有线振动传感器因为价格相对较低、传输稳定且可持续采样而在振动数据采样方面一直占据主导地位。但是有线振动传感器需要通过线路进行数据传输，无疑给大范围的布设带来了不小的困难，错综复杂的线路不仅会影响机械的运行也会危及工人人身安全，带来巨大的隐患。因此，数据的无线采集是工业智能制造发展提出的必须要求和必然趋势。

相比于有线振动传感器，无线传感器因为使用无线网络进行数据传输，因此很好的避免了大范围布设带来的复杂布线，安装更为简便，使得大范围布设成为可能，也使工业制造的智能化及工业互联网的建设成为可能。但是，摆脱了传输线路的束缚也带来了诸多问题，由于没有持续的电源供电，无线传感器为了保证足够的续航时间，保障运行效率，不得不降低运行功耗，缩短采样时间、加大采样间隔、降低采样频率，这也就意味着数据采集时间、数量以及品质上的衰减。因此所采集的振动数据在进行数据分析时将出现误差，影响频谱的精度，降低了数据处理的准确度，严重时还将引起系统的误判，干扰生产过程、损坏设备。因此，如何弥补无线传感器采样带来的误差，提高数据分析的准确度成为了一个亟待解决重要的问题。

直接提高无线传感器的采样时间、采样频率，使无线传感器高功率运行，无疑会大大缩短传感器的续航时间，需要频繁进行电源的更换，势必增加了无线传感器维护成本、降低了使用的方便性、限制了大规模工业应用。如若使用更大容量的电源对传感器进行供电，则会增加传感器的体积和成本，不利于大范围的布设。因此，根据无线传感器采集的数据，在算法上结合无线传感器采样的先验信息、建立反问题的数学模型，从数据处理和信息推理的角度，直接弥补无线传感器采样的数据不足和信息遗漏，从而在不增加无线传感器硬件成本和降低使用方便性的前提下，通过先进的信号处理和数据分析方法提高无线传振动感器频的采样信号频谱精度，提升无线传感器的信号品质。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种无线振动传感器的频谱重构方法，目的是不增加无线传感器硬件成本和降低使用方便性的前提下，基于无线振动传感器所采集的振动信号与无线传感器时域响应、采样频率、占空比等先验信息，建立数学模型，从数据处理和信息推理的角度，直接弥补无线传感器采样的数据不足和信息遗漏，通过先进的信号处理和数据分析方法提高无线传振动感器频的采样信号频谱精度，提升无线传感器的信号品质。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种无线振动传感器的频谱重构方法，包括以下步骤：