[发明专利]一种基于振动信号图像化的故障识别方法及系统

权利要求书

1.一种基于振动信号图像化的故障识别方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、在当前采集周期内，分别获取键相传感器在各个键相相位点采集的基于键相位的键相时域信号序列，以及振动传感器采集的基于时间序列的振动时域信号序列，并分别对所述键相信号时域序列和振动时域信号序列采用样条插值的方法，构建得到任意相位与时间的函数关系，以及振动信号与时间的函数关系；

S2、对所述振动信号与时间的函数关系进行阶次分析，并根据所述任意相位与时间的函数关系得到振动信号与任意相位的函数关系，对所述振动信号与任意相位的函数关系进行短时傅里叶变换，得到变换后的振动-相位信号频谱；

S3、根据所述变换后的振动-相位信号频谱，以振动信号频率为图像横坐标，以时间序列作为图像纵坐标，以振动信号幅值作为图像像素点的像素值，构建一图像数据集，并得到对应的振动图像；

S4、重复步骤S1～S3，基于多个采集周期对应得到多张振动图像，并构成图像训练样本集；

S5、对所述图像训练样本集中的每一张振动图像进行特征提取，获取对应的振动特征向量，并对所述振动特征向量进行降维，得到降维后的特征样本集；

S6、利用K-means聚类算法对所述降维后的特征样本集进行聚类分析，确定故障类别。

2.如权利要求1所述的基于振动信号图像化的故障识别方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

转轴转动一圈为2π，将2π分为n个键相相位，对应各个键相相位点为0,2π/n,2*2π/n,……,2π，在所述各个键相相位点采集对应的时间戳，得到基于键相位的键相时域信号序列

其中，表示键相的相位值，t为时间，t＝τ₀,τ₁,...,τ_n表示各个键相所对应的采集时间戳；

在所述键相时域信号序列中选择若干个相邻键相位点其对应的时间区间为(t_i,t_i+1)，采用二次B样条曲线拟合的方法，构建任意相位θ和时间t的函数关系θ(t)及其反函数t(θ)。

3.如权利要求2所述的基于振动信号图像化的故障识别方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

设置各个时间序列对应为t₀,t₁,…,t_n，并设置相邻时间序列的时间间隔为Δt，以及设置在所述时间间隔Δt内采集的振动信号个数为k，得到基于所述时间序列的振动时域信号序列DATA(t,s)；

其中，t₀,t₁,…,t_n对应为各个时间序列，Δt为相邻时间序列的时间间隔，k为每一个时间间隔Δt内采集的振动信号个数，s为采集的随时间变化的振动信号；

对所述振动时域信号序列DATA(t,s)采用样条插值的方法构建振动信号与时间的函数关系s(t)。

4.如权利要求3所述的基于振动信号图像化的故障识别方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

根据所述时间序列计算对应的相位序列为θ₀，θ₁,…,θ_n，设置相邻相位序列间的相位间隔为Δθ，以及设置在所述相位间隔Δθ内等角度采样个数为l，对所述振动信号与时间的函数关系进行等角度重采样，得到基于所述相位序列的重采样后的振动信号与任意相位的函数关系DATA(θ,s)；

其中，t₀，t₁，.....t_n为各个时间序列，θ₀，θ₁，......θ_n为相位序列，Δθ为相邻相位序列间的相位间隔，1为相位间隔Δθ内等角度采样个数。