一种振动信号时频特征提取方法、系统、设备及存储介质与流程

本申请涉及信号处理，特别是涉及一种振动信号时频特征提取方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、实际工程中，旋转机械设备常运行于变转速工况下，并产生时变的振动信号，对时变的振动信号进行阶次跟踪，是对旋转机械设备进行故障诊断比较有效的技术手段，获得准确的故障诊断结果的前提是从时变的振动信号中提取到准确的时频特征。

2、由于旋转机械设备的转速变化会导致振动信号产生复杂的相位调制，使得传统傅里叶变换发生频谱混叠，严重地阻碍了振动信号的时频特征提取。此外，传统短时傅里叶变换的时频分析方法是假设在时间窗内振动信号是稳态的，且受到海森堡不确定准则的限制，因此振动信号的时频分辨率比较低，进而导致提取到的振动信号时频特征的准确率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种振动信号时频特征提取方法、系统、设备及存储介质，本申请提供的振动信号时频特征提取方法、系统、设备及存储介质，能够有效地提高振动信号的时频分布分辨率。

2、本申请提供一种振动信号时频特征提取方法，包括：

3、获取在变转速工况下旋转机械设备的振动信号；

4、对所述振动信号按照预设采样频率进行采样，得到采样后的振动信号；

5、对所述采样后的振动信号进行预处理，得到预处理后的信号；

6、利用脊线提取算法和第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到瞬时频率；

7、根据所述瞬时频率和所述预设采样频率，得到调频参数；

8、基于所述瞬时频率和低通滤波器，对所述预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，得到处理后的信号；

9、基于所述调频参数和第二预设窗函数，对所述处理后的信号进行chirplet变换，得到所述振动信号的时频特征。

10、可选地，所述对所述采样后的振动信号进行预处理，得到预处理后的信号，包括：

11、对所述采样后的振动信号进行包络解调，得到包络信号；

12、对所述包络信号进行经验模态分解，得到本征模态分量；

13、对所述本征模态分量进行重构，得到预处理后的信号。

14、可选地，所述利用脊线提取算法和第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到瞬时频率，包括：

15、利用第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到时频信号；

16、利用脊线提取算法对所述时频信号进行提取，得到瞬时频率。

17、可选地，所述基于所述瞬时频率和低通滤波器，对所述预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，得到处理后的信号，包括：

18、利用希尔伯特变换对所述预处理后的信号进行处理，得到解析信号；

19、基于所述瞬时频率，对所述解析信号进行相位解调，得到解调信号；

20、基于低通滤波器，对所述解调信号进行低通滤波，并对低通滤波后的解调信号进行反解调，得到处理后的信号。

21、本申请还提供一种振动信号时频特征提取系统，包括：

22、获取模块，用于获取在变转速工况下旋转机械设备的振动信号；

23、采样模块，用于对所述振动信号按照预设采样频率进行采样，得到采样后的振动信号；

24、第一处理模块，用于对所述采样后的振动信号进行预处理，得到预处理后的信号；

25、第二处理模块，用于利用脊线提取算法和第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到瞬时频率；

26、第三处理模块，用于根据所述瞬时频率和所述预设采样频率，得到调频参数；

27、第四处理模块，用于基于所述瞬时频率和低通滤波器，对所述预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，得到处理后的信号；

28、变换模块，用于基于所述调频参数和第二预设窗函数，对所述处理后的信号进行chirplet变换，得到所述振动信号的时频特征。

29、可选地，所述第一处理模块在执行对所述采样后的振动信号进行预处理，得到预处理后的信号时，具体用于：

30、对所述采样后的振动信号进行包络解调，得到包络信号；

31、对所述包络信号进行经验模态分解，得到本征模态分量；

32、对所述本征模态分量进行重构，得到预处理后的信号。

33、可选地，所述第二处理模块在执行利用脊线提取算法和第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到瞬时频率时，具体用于：

34、利用第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到时频信号；

35、利用脊线提取算法对所述时频信号进行提取，得到瞬时频率。

36、可选地，所述第四处理模块在执行基于所述瞬时频率和低通滤波器，对所述预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，得到处理后的信号时，具体用于：

37、利用希尔伯特变换对所述预处理后的信号进行处理，得到解析信号；

38、基于所述瞬时频率，对所述解析信号进行相位解调，得到解调信号；

39、基于低通滤波器，对所述解调信号进行低通滤波，并对低通滤波后的解调信号进行反解调，得到处理后的信号。

40、本申请还提供一种振动信号时频特征提取设备，包括：处理器、存储器和通信总线；

41、所述通信总线，用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；

42、所述处理器用于执行所述存储器中存储的振动信号时频特征提取处理程序，以实现如上述任一项所述振动信号时频特征提取方法的步骤。

43、本申请还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如上述任一项所述振动信号时频特征提取方法的步骤。

44、与现有技术相比，本申请提供的一种振动信号时频特征提取方法、系统、设备及存储介质，通过获取在变转速工况下旋转机械设备的振动信号，对振动信号按照预设采样频率进行采样，得到采样后的振动信号，对采样后的振动信号进行预处理，得到预处理后的信号，利用脊线提取算法和第一预设窗函数，对预处理后的信号进行处理，得到瞬时频率，根据瞬时频率和预设采样频率，得到调频参数，基于瞬时频率和低通滤波器，对预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，得到处理后的信号，基于调频参数和第二预设窗函数，对处理后的信号进行chirplet变换，得到振动信号的时频特征，本申请中，通过脊线提取算法，能够初步估计出预处理后的信号的瞬时频率，不需要预设施加变换的函数和控制迭代次数的阈值，能够自适应地计算调频参数，解决了传统时频分析方法中存在的频谱混叠问题，对时变的振动信号具有很好的适应能力。同时，在对时变的振动信号进行预处理后，再对预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，对处理后信号进行chirplet变换，消除了信号中的噪声和非相关干扰，解决了传统时频分析方法时频分辨率低的问题，有效提高了振动信号时频特征提取的准确率。

技术特征：

1.一种振动信号时频特征提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的振动信号时频特征提取方法，其特征在于，所述对所述采样后的振动信号进行预处理，得到预处理后的信号，包括：

3.根据权利要求1或2所述的振动信号时频特征提取方法，其特征在于，所述利用脊线提取算法和第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到瞬时频率，包括：

4.根据权利要求1或2所述的振动信号时频特征提取方法，其特征在于，所述基于所述瞬时频率和低通滤波器，对所述预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，得到处理后的信号，包括：

5.一种振动信号时频特征提取系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的振动信号时频特征提取系统，其特征在于，所述第一处理模块在执行对所述采样后的振动信号进行预处理，得到预处理后的信号时，具体用于：

7.根据权利要求5或6所述的振动信号时频特征提取系统，其特征在于，所述第二处理模块在执行利用脊线提取算法和第一预设窗函数，对所述预处理后的信号进行处理，得到瞬时频率时，具体用于：

8.根据权利要求5或6所述的振动信号时频特征提取系统，其特征在于，所述第四处理模块在执行基于所述瞬时频率和低通滤波器，对所述预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，得到处理后的信号时，具体用于：

9.一种振动信号时频特征提取设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和通信总线；

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如权利要求1至4任一项所述振动信号时频特征提取方法的步骤。

技术总结本申请涉及一种振动信号时频特征提取方法、系统、设备及存储介质，本申请中，通过脊线提取算法，能够初步估计出预处理后的信号的瞬时频率，不需要预设施加变换的函数和控制迭代次数的阈值，能够自适应地计算调频参数，解决了传统时频分析方法中存在的频谱混叠问题，对时变的振动信号具有很好的适应能力；同时，在对时变的振动信号进行预处理后，再对预处理后的信号进行相位解调和低通滤波，对处理后信号进行Chirplet变换，消除了信号中的噪声和非相关干扰，解决了传统时频分析方法时频分辨率低的问题，有效地提高了提取到的振动信号的时频特征的准确率。技术研发人员：李林,黄众,罗显光,邓聪,侯波,赵江农,李书受保护的技术使用者：中车株洲电力机车有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29