[发明专利]基于时频谱相关性分析的旋转机械故障特征提取方法

摘要

基于时频谱相关性分析的旋转机械故障特征提取方法，首先在旋转机械设备上采集一组振动信号，对其进行时频变换得到时频谱；然后在时频谱中选取一个冲击特征，令其从时频谱的初始时间开始，沿时间轴逐点平移，不断地在时频谱中遮掩一个时频区块，同时计算冲击特征与遮掩时频区块之间的相关系数，平移结束后获得相关系数序列；最后对相关系数序列进行傅里叶变换，从频谱中提取故障特征频率。本发明获得的相关系数序列曲线可以直观展现旋转机械设备振动信号中冲击特征的变化规律，极大去除了噪声及其它干扰信号的影响；相关系数序列的频谱则可以有效方便地提取出故障特征频率，用于旋转机械设备的故障诊断。

主权项

1.基于时频谱相关性分析的旋转机械故障特征提取方法，包括以下步骤：(1)在旋转机械设备上采集一组长度为L的振动加速度信号x(n)，其中n＝0,1,…,L‑1；(2)对信号x(n)进行时频变换，得到时频谱TFD(l,k)，其中时间l＝0,1,…,L‑1，频率k＝0,1,…,L/2‑1；(3)在时频谱TFD(l,k)中选取两个时频点(l₁,k₁)、(l₂,k₂)，从而选取一个冲击特征I(i,j)，其中时间i＝0,1,…,l₂‑l₁，频率j＝0,1,…,k₂‑k₁；冲击特征I(i,j)所在的时频区块为TFD(l_o,k_o)，即I(i,j)＝TFD(l_o,k_o)，其中时间l_o＝l₁,l₁+1,…,l₂，频率k_o＝k₁,k₁+1,…,k₂；(4)在时频谱TFD(l,k)中，保持频带[k₁,k₁+1,…,k₂]不变，令冲击特征I(i,j)从时间点l＝0开始，沿着时间轴逐点平移；(5)在时间点l＝p_t处，其中0≤p_t≤L‑(l₂‑l₁)‑1，冲击特征I(i,j)在时频谱TFD(l,k)中遮掩的时频区块为P(i,j)＝TFD(l_p,k_o)，其中时间l_p＝p_t,p_t+1,…,p_t+(l₂‑l₁)；(6)计算冲击特征I(i,j)与遮掩时频区块P(i,j)之间的相关系数ρ_IP(p_t)，计算公式为：其中为冲击特征I(i,j)的均值，计算公式为：为遮掩时频区块P(i,j)的均值，计算公式为：(7)冲击特征I(i,j)平移至时间点l＝L‑(l₂‑l₁)‑1后，平移结束，得到冲击特征I(i,j)与[L‑(l₂‑l₁)]个遮掩时频区块之间的相关系数序列ρ_IP(p)，其中p＝0,1,…,L‑(l₂‑l₁)‑1；(8)对相关系数序列ρ_IP(p)进行傅里叶变换，从频谱中提取故障特征频率。