[发明专利]一种融合振动与声音信号频谱特征的转速测量方法

摘要

本发明公开了一种融合振动与声音信号频谱特征的转速测量方法，该方法主要步骤为：第一，对旋转结构的振动和音频信号离散采样，获得N点采样序列v(n)、a(n)；第二，对v(n)、a(n)进行信号调理并加权得到序列b(n)，并计算其离散频谱B(k)；第三，选取B(k)中p个极值点，记其谱线集合为L；第四，继续采集信号并重复第二步，观察谱线变化并更新L；第五，重复第四步100次，计算L中各谱线连续度，选择连续度最高的谱线k_c进行转速转换。第六，重复第四步，通过卡尔曼滤波确定合适的谱线k_o并输出其转速转换结果。该方法融合了振动和声音信号，综合了旋转机构的振动和声音特性，可在强干扰的情况下准确测量旋转结构的转速。

主权项

1.一种融合振动与声音信号频谱特征的转速测量方法，其特征在于：使用加速度传感器和音频传感器分别采集旋转结构的振动信号和音频信号，对信号调理后进行加窗FFT，搜寻其频谱的p个最大极值点，作为转速备选；继续采集振动信号与音频信号，观察极大值点变化，选取其中连续变化且幅值最大的极值点作为初始转速谱线；将初始转速谱线作为卡尔曼滤波输入，对后续转速测量结果进行滤波；最后通过转速转换输出旋转结构的转速测量结果，具体包括以下步骤：/n步骤一，使用加速度传感器和音频传感器以采样频率f_s分别采集时域振动信号和音频信号，得到N点离散振动序列v(n)、离散音频序列a(n)，n＝0，1，2，…，N-1；/n步骤二，对振动序列v(n)和音频序列a(n)进行信号调理得到调理后的离散序列y(n)，调理公式为：/n /n /n然后，使用窗函数w(n)对离散序列y(n)进行加权得到序列b(n)，然后进行FFT得到其离散频谱B(k)；/n步骤三，选取B(k)中前p个幅值大的极值点，记极值点谱线位置的集合为L＝[k₁,k₂,…,k_p]，选取方法为：频谱B(k)中的最大值为B_max，则取T_min＝B_max/8为极值阈值，即极值点幅值B(k)>T_min且其幅值是频谱最大的p个，则k∈L；/n步骤四，继续采集振动信号和音频信号各d点，与前述振动序列v(n)和音频序列a(n)中的d-1至N+d-2点组成新的N点离散振动序列v(n)、离散音频序列a(n)，并重复步骤二得到离散频谱，观察集合L中极值点的变化情况并更新集合L，其方法为：L[g]∈L，g＝1,2,…,p；若在区间[L[g]-1，L[g]+1]内存在一个频谱极值k_new且B(k_new)>T_min，则其连续标志F_g＝1，同时k被k_new替换；反之，其连续标志F_g＝0，k不变；/n步骤五，重复步骤四100次，记录L中各谱线的连续标志F_g(z)，z＝1,2,…,100；计算L中各谱线的连续度E_g＝sum(F_g)，sum()表示求和，若max(E_g)<90，则重复步骤四和步骤五；若max(E_g)>90，则选择其中连续度最高的极值点的谱线位置k_c作为初始转速谱线，进行转速转换；若最高的连续度相等，则取其中较大的频谱幅值对应谱线位置作为初始转速谱线；/n步骤六，重复步骤四，得到信号离散频谱，将前一次转速对应的谱线k_c作为输入k_i代入简化卡尔曼滤波过程得到转速谱线范围[k_i-Δk·d/f_s,k_i+Δk·d/f_s]，其中Δk表示旋转结构每秒的转速加速度，在谱线范围内搜索频谱中幅值最大的极值点谱线位置作为当前转速输出谱线位置k_o，对k_o进行转速转换得到其即时转速测量结果RPM，转速转换的方法为：/n /n式中，λ表示旋转结构转速与频率的比值，h表示参与转速转换的谱线位置k_o左右的谱线数；/n步骤七，重复步骤六，即可得到旋转结构的连续转速测量结果。/n