[发明专利]一种面向无线振动速度传感器的中低频频谱矫正方法

说明书

本发明公开了一种面向无线振动速度传感器的中低频频谱矫正方法，包括以下步骤：利用无线传感器采集加速度信号Xa，作为对照组比较；利用无线传感器采集得到分辨率较高的速度信号Y，对速度信号利用求导算法求得加速度信号Ya；利用解卷积方法对加速度信号Ya的频域卷积效应进行矫正；利用改善窗函数频谱的方法解决解卷积带来的频谱偏移问题；利用最小二乘原理和补全无线采样间隔能量系数方法解决带来的幅值失真问题，得到矫正后的信号；将原始信号与矫正后的信号作对比；本发明通过对无线传感器采集得到的速度信号，从而为振动加速度信号的频谱进行高精度修正，以达到提中低频高频谱分辨率和幅度准确性的目的。

技术领域

本发明涉及无线振动速度传感器信号处理领域，尤其是涉及一种面向无线振动速度传感器的中低频频谱矫正方法。

背景技术

随着目前工业互联网领域以及无线传感技术的快速发展，无线振动传感器作为一种安装方便、无布线、传输范围广的传感器，正逐步扩大应用范围，成为工业大数据采集的热门传感器。我们在对研究对象的振动分析时也渴望得到高分辨率的振动加速度信号。但是无线振动加速传感器由于其自身设计和成本的影响，比如设置采样间隔过长、采样点数过少、采样信号非连续、电池续航能力短等问题，都会导致对瞬态响应信号获取能力差，对长周期信号分析能力低的不足，满足不了工业大数据分析对高精度无线传感器的要求。同时，针对市面上普遍存在的无线振动传感器，都有速度信号的频谱分辨率较高而加速度的频谱分辨率较低的现象。譬如常见的传感器中，有加速度采样率为fs＝12.8KHz,速度采样率为fs＝2.56KHz,采样点数为N＝128000。根据f0＝fs/N计算得，其加速度频谱分辨率为f0＝1Hz，速度频谱分辨率为f0＝0.2Hz。可以得出，在采样点数有限的限制下，其速度信号的频谱分辨率远胜于加速度的频谱分辨率，而且无线速度传感器的成本远低于无线加速度传感器，更适合用中低频振动信号的无线采集与信号分析。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种面向无线振动速度传感器的中低频频谱矫正方法，解决了无线传感器参数的设置问题，采样间隔、采样信号非连续带来的能量泄露(频域卷积效应)和幅值失真等问题，通过仿真测试，够提高无线传感器的频谱分辨率，以及解决一系列无线采样带来的信号处理问题，能够较好地利用速度信号对加速度信号进行重构，对无线振动传感器应用该算法可以提高其抗噪声干扰能力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种面向无线振动速度传感器的中低频频谱矫正方法，包括以下步骤：

a、利用有线振动传感器采集加速度信号Xa，作为对照组比较；

b、利用无线传感器采集得到分辨率较高的速度信号Y，对速度信号利用求导算法求得加速度信号Ya；以采集到的速度离散信号作为函数值，利用差分代替微分，将连续变化的变量离散化，得到微分方程的差分形式，并对差分方程进行求解得到加速度信号；

c、利用稀疏性解卷积方法对加速度信号Ya的频域卷积效应进行高精度矫正；

d、利用改善窗函数频谱的方法解决解卷积带来的频谱偏移问题；

e、利用最小二乘原理和补全无线采样间隔的能量系数方法解决带来的幅值失真问题，得到矫正后的信号；

f、将原始信号与矫正后的信号作对比，验证一种面向无线震动速度传感器的中低频频谱矫正方法的有效性。

所述步骤c中利用稀疏性解卷积方法对加速度信号Ya的频域卷积效应进行矫正的过程为：对由于无线采样窗函数所带来的频谱卷积效应而造成的能量泄露问题，通过利用矩形窗模拟无线采样窗函数特点，计算窗函数频谱，同时对利用快速傅里叶变换得到信号频谱进行稀疏性解卷积，以消除频域卷积效应带来的能量泄露。