專(zhuān)利名稱(chēng)：振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法及周期辨識(shí)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)周期的辨識(shí)方法，更具體地，涉及一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法及周期辨識(shí)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)試中，一般通過(guò)傳感器等測(cè)量運(yùn)動(dòng)機(jī)械在外界激勵(lì)或運(yùn)行工況中其重要部位的振動(dòng)量(例如加速度、速度、位移等)，從而了解機(jī)械系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在工程機(jī)械的振動(dòng)試驗(yàn)中，采集得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括位移、速度、加速度、壓力等振動(dòng)信號(hào)。由于振動(dòng)信號(hào)一般都比較復(fù)雜，屬于非正弦類(lèi)的信號(hào)。對(duì)于非正弦類(lèi)的信號(hào)來(lái)說(shuō)，不但周期會(huì)發(fā)生變化，而且其振動(dòng)的平衡點(diǎn)也可能向上或向下偏移，另外噪聲的影響也可能比較明顯。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種周期辨識(shí)方法的流程圖。如圖1所示，采用圖1所示的方法時(shí)，首先在估計(jì)出最大值和最小值的范圍，然后確定最大值、最小值和中值的初始值，并確定門(mén)限值，然后開(kāi)始波形檢測(cè)。具體地說(shuō)，在對(duì)一個(gè)波形進(jìn)行辨識(shí)時(shí)，每檢測(cè)到一個(gè)新值，就判斷新值是否大于中值與門(mén)限值之和，如果大于，則進(jìn)入“搜索最大值”狀態(tài)以搜索最大值；否則判斷該新值是否小于中值與門(mén)限值之差，如果小于，就進(jìn)入“搜索最小值”狀態(tài)以搜索最小值。在對(duì)下一個(gè)新的波形進(jìn)行檢測(cè)之前，用搜索到的最大值和最小值的算術(shù)平均值作為新的中值，同時(shí)用搜索到的最大值和最小值替換上一次波形時(shí)的最大值和最小值。由于正弦類(lèi)的信號(hào)的最大值和最小值的區(qū)間占周期一半，因此，采用圖1中的方法時(shí)，可以得到較為準(zhǔn)確的周期，但是對(duì)于非正弦類(lèi)的復(fù)雜信號(hào)來(lái)說(shuō)，采用圖1中的方法得到的周期具有較大的誤差。另外，在工程機(jī)械的振動(dòng)測(cè)試中，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的周期進(jìn)行判斷時(shí)通常還采用以下方法:給出一條固定周期線(xiàn)(即水平直線(xiàn))，然后通過(guò)振動(dòng)信號(hào)的曲線(xiàn)與周期線(xiàn)的交點(diǎn)來(lái)確定周期。但是，這種方法不能處理振動(dòng)的平衡點(diǎn)向上或向下偏移的情形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法及周期辨識(shí)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)難以辨識(shí)非正弦的周期及不能對(duì)平衡點(diǎn)發(fā)生偏移的信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法，包括:步驟1，確定初始的周期線(xiàn)；步驟2，根據(jù)初始的周期線(xiàn)辨識(shí)并計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的前N個(gè)周期中的每個(gè)周期的平衡線(xiàn)，其中N為自然數(shù)；步驟3，根據(jù)N個(gè)平衡線(xiàn)，預(yù)先計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的下一周期的周期線(xiàn)；步驟4，根據(jù)預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)，判斷振動(dòng)信號(hào)的下一周期的周期，并得出振動(dòng)信號(hào)的下一周期的平衡線(xiàn)；步驟5，計(jì)算下一周期的平衡線(xiàn)與該下一周期的上一周期的平衡線(xiàn)之間的變化量，根據(jù)變化量預(yù)先計(jì)算出下一周期的下一周期的周期線(xiàn)；步驟6，循環(huán)執(zhí)行步驟4和步驟5。
進(jìn)一步地，步驟2中的平衡線(xiàn)是每個(gè)周期的最大值和最小值的算術(shù)平均值。進(jìn)一步地，步驟3中預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)是第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)與N個(gè)平衡線(xiàn)的變化量之和。進(jìn)一步地，步驟5中預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)是當(dāng)前周期的平衡線(xiàn)與步驟5中計(jì)算出的變化量之和。進(jìn)一步地，初始的周期線(xiàn)是未施加振動(dòng)激勵(lì)時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)平均值與該段時(shí)間內(nèi)最大峰的峰值之和。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)系統(tǒng)，包括依次連接的用于檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)的傳感器、信號(hào)采集單元、信號(hào)濾波單元和信號(hào)周期辨識(shí)單元，該信號(hào)周期辨識(shí)單元根據(jù)上述的周期辨識(shí)方法對(duì)來(lái)自信號(hào)濾波單元的信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)。因此，本發(fā)明可以通過(guò)幾個(gè)周期的平衡線(xiàn)的變化量，預(yù)先計(jì)算出下一周期的周期線(xiàn)，可適用于振動(dòng)信號(hào)的平衡點(diǎn)向上或上下偏移的情況。


構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1示意性示出了現(xiàn)有技術(shù)中的周期辨識(shí)方法的流程圖；圖2示意性示出了本發(fā)明中的周期辨識(shí)方法的流程圖；圖3示意性示出了采用本發(fā)明對(duì)一種類(lèi)型的振動(dòng)信號(hào)的周期進(jìn)行辨識(shí)的過(guò)程示意圖；圖4示意性示出了采用本發(fā)明對(duì)另一種類(lèi)型的振動(dòng)信號(hào)的周期進(jìn)行辨識(shí)的過(guò)程示意圖；圖5示意性示出了本發(fā)明中的振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖6示意性示出了實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。作為本發(fā)明的第一方面，提供了一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法。請(qǐng)參考圖2，本發(fā)明中的振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法包括以下步驟:步驟1，確定初始的周期線(xiàn)2。周期線(xiàn)2是一條水平的線(xiàn)段，通過(guò)周期線(xiàn)2與振動(dòng)信號(hào)I的曲線(xiàn)的交點(diǎn)可以判斷一個(gè)周期的開(kāi)始和結(jié)束。例如，由于采集到的振動(dòng)信號(hào)I是離散的，在相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中，如果前一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值小于或等于周期線(xiàn)2的縱坐標(biāo)值，而后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值大于或等于周期線(xiàn)2的縱坐標(biāo)值，那么該時(shí)刻可作為前一個(gè)周期的結(jié)束點(diǎn)或下一個(gè)周期的開(kāi)始點(diǎn)，因此，可以通過(guò)上述的方法確定每個(gè)周期的結(jié)束點(diǎn)。假設(shè)第N周期與第N+1周期是相鄰的兩個(gè)周期，那么第N周期的結(jié)束點(diǎn)與第N+1周期的結(jié)束點(diǎn)之間的時(shí)間即為第N+1周期的周期，從而可以判定周期線(xiàn)的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。另外，初始的周期線(xiàn)可以是未施加振動(dòng)激勵(lì)時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)平均值與該段時(shí)間內(nèi)最大峰的峰值之和，當(dāng)然也可以采用本領(lǐng)域的其它方式確定的。
步驟2，根據(jù)初始的周期線(xiàn)辨識(shí)并計(jì)算振動(dòng)信號(hào)I的前N個(gè)周期中的每個(gè)周期的平衡線(xiàn)(未示出)，其中，N為自然數(shù)。平衡線(xiàn)用來(lái)描述振動(dòng)的平衡位置，平衡線(xiàn)可根據(jù)不同的需要采用不同的方法計(jì)算得到，例如，本發(fā)明中可將每個(gè)周期的最大值和最小值的算術(shù)平均值當(dāng)作該周期的平衡線(xiàn)。步驟3，根據(jù)N個(gè)平衡線(xiàn)，預(yù)先計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的下一周期(即第N+1個(gè)周期)的周期線(xiàn)2。優(yōu)選地，該預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)2是第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)與N個(gè)平衡線(xiàn)的變化量之和，該變化量根據(jù)振動(dòng)信號(hào)I的變化趨勢(shì)而定，可能是正值，也可以是負(fù)值。步驟4，根據(jù)預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)2，判斷振動(dòng)信號(hào)I的該下一周期的周期(例如，可以通過(guò)步驟I中所述的方法確定周期)，并得出振動(dòng)信號(hào)I的該下一周期的平衡線(xiàn)。優(yōu)選地，步驟3中預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)2是當(dāng)前周期的平衡線(xiàn)與N個(gè)平衡線(xiàn)的變化量之和。步驟5，計(jì)算該下一周期的平衡線(xiàn)與該下一周期的上一周期的平衡線(xiàn)之間的變化量(該變化量根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的變化趨勢(shì)而定，可能是正值，也可以是負(fù)值)，根據(jù)變化量預(yù)先計(jì)算出該下一周期的下一周期的周期線(xiàn)2。優(yōu)選地，該預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)2是當(dāng)前周期的平衡線(xiàn)與步驟5中計(jì)算出的變化量之和。步驟6，循環(huán)執(zhí)行步驟4和步驟5，直到測(cè)量結(jié)束。其中，圖2中的橫軸表示時(shí)間,縱值表示信號(hào)值的大小。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的周期線(xiàn)和平衡線(xiàn)是指在振動(dòng)信號(hào)的一個(gè)或幾個(gè)周期中，與該振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)曲線(xiàn)(該振動(dòng)曲線(xiàn)的縱坐標(biāo)為振動(dòng)信號(hào)的幅值，橫坐標(biāo)為時(shí)間)的橫坐標(biāo)相平行的線(xiàn)段。因此，本發(fā)明可以通過(guò)幾個(gè)周期的平衡線(xiàn)的變化量，預(yù)先計(jì)算出下一周期的周期線(xiàn)，從而可以實(shí)時(shí)地對(duì)振動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)周期進(jìn)行識(shí)別，判斷出下一個(gè)周期的周期(例如，可以通過(guò)步驟I中所述的方法確定周期)，同時(shí)還可獲得下一周期的最大值和最小值，并依據(jù)該最大值和最小值計(jì)算出該下一周期的平衡值，以適應(yīng)振動(dòng)信號(hào)的平衡點(diǎn)向上或上下偏移的情況。如此不斷地循環(huán)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)周期的實(shí)時(shí)辨識(shí)。本發(fā)明在辨識(shí)的過(guò)程中，可同時(shí)地計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)，如最大值、最小值、平衡線(xiàn)等。本發(fā)明可從位移、速度、加速度、壓力等信號(hào)中辨識(shí)出振動(dòng)的周期。另外，本發(fā)明可用于實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地對(duì)各種正弦類(lèi)的生理信號(hào)和非生理信號(hào)的周期和極值點(diǎn)進(jìn)行辨識(shí)，且能夠很好地跟隨波形突變和波動(dòng)的情況。優(yōu)選地，本發(fā)明中的周期辨識(shí)方法還包括對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波的步驟，以除去噪聲干擾信號(hào)。下面對(duì)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明中的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在未施加激勵(lì)信號(hào)時(shí),獲取傳感器的輸出信號(hào)，測(cè)得該信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的變化范圍是10 15，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定初始的周期線(xiàn)為12。然后，利用該初始的周期線(xiàn)對(duì)N個(gè)(例如兩個(gè))連接的周期進(jìn)行辨識(shí)，假設(shè)辨識(shí)后這N個(gè)周期的平衡線(xiàn)的變化值為+2，且第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)為15，那么可以預(yù)先計(jì)算出第N+1個(gè)周期的周期線(xiàn)為17(即將第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)的值加上該平衡線(xiàn)的變化值)。對(duì)于第N+2個(gè)周期來(lái)說(shuō)，可以采用第N+1個(gè)周期的平衡線(xiàn)以及第N+1個(gè)周期與第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)的變化量來(lái)預(yù)先計(jì)算一個(gè)周期線(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，第N+1個(gè)周期的平衡線(xiàn)為14，那么第N+1個(gè)周期與第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)之間的變化量為-1，此時(shí)，預(yù)先計(jì)算出第N+2個(gè)周期的周期線(xiàn)為13。在另一個(gè)實(shí)施例中，第N+1個(gè)周期的平衡線(xiàn)為16，那么第N+1個(gè)周期與第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)之間的變化量為1，此時(shí)，預(yù)先計(jì)算出第N+2個(gè)周期的周期線(xiàn)為17。進(jìn)一步地，圖3和圖4示意性地給出了使用本發(fā)明對(duì)兩種類(lèi)型的復(fù)雜信號(hào)的周期進(jìn)行辨識(shí)的過(guò)程，其中T表示一個(gè)周期。從圖3和圖4可以看出，周期線(xiàn)是實(shí)時(shí)調(diào)整的。因此，通過(guò)本發(fā)明可對(duì)周期線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，可用于辨識(shí)復(fù)雜信號(hào)的周期，如辨識(shí)振動(dòng)平衡線(xiàn)向上或向下偏移的信號(hào)周期。作為本發(fā)明的第二方面，提供了一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)系統(tǒng)。如圖5所示，該系統(tǒng)包括依次連接的用于檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)的傳感器、信號(hào)采集單元、信號(hào)濾波單元和信號(hào)周期辨識(shí)單元，該信號(hào)周期辨識(shí)單元根據(jù)上述各實(shí)施例中的周期辨識(shí)方法對(duì)來(lái)自所述信號(hào)濾波單元的信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)。進(jìn)一步地，可采用圖6中的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)本發(fā)明進(jìn)行驗(yàn)證。如圖6所示，實(shí)驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)平臺(tái)3和設(shè)置在試驗(yàn)平臺(tái)3的兩端的彈簧4，且彈性4分別與試驗(yàn)平臺(tái)3的兩端連接。實(shí)驗(yàn)裝置還包括激振器5和傳感器6，激振器5與試驗(yàn)平臺(tái)3的中部連接，傳感器6固定在試驗(yàn)平臺(tái)3上。實(shí)驗(yàn)時(shí)，使激振器5以某一周期(例如Is)進(jìn)行振動(dòng)，然后通過(guò)本發(fā)明對(duì)該傳感器6采集到的試驗(yàn)平臺(tái)3的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)，從而識(shí)別出試驗(yàn)平臺(tái)的振動(dòng)周期(例如1.01s)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，本發(fā)明辨識(shí)的周期與實(shí)際周期之間的誤差在允許的范圍內(nèi)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法，其特征在于，包括: 步驟I，確定初始的周期線(xiàn)； 步驟2，根據(jù)所述初始的周期線(xiàn)辨識(shí)并計(jì)算所述振動(dòng)信號(hào)的前N個(gè)周期中的每個(gè)周期的平衡線(xiàn)，其中N為自然數(shù)； 步驟3，根據(jù)N個(gè)所述平衡線(xiàn)，預(yù)先計(jì)算所述振動(dòng)信號(hào)的下一周期的周期線(xiàn)； 步驟4，根據(jù)預(yù)先計(jì)算出的所述周期線(xiàn)，判斷所述振動(dòng)信號(hào)的所述下一周期的周期，并得出所述振動(dòng)信號(hào)的所述下一周期的平衡線(xiàn)； 步驟5，計(jì)算所述下一周期的平衡線(xiàn)與該所述下一周期的上一周期的平衡線(xiàn)之間的變化量，根據(jù)所述變化量預(yù)先計(jì)算出所述下一周期的下一周期的周期線(xiàn)； 步驟6，循環(huán)執(zhí)行所述步驟4和步驟5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的周期辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟2中的平衡線(xiàn)是每個(gè)周期的最大值和最小值的算術(shù)平均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的周期辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟3中預(yù)先計(jì)算出的所述周期線(xiàn)是第N個(gè)周期的平衡線(xiàn)與所述N個(gè)平衡線(xiàn)的變化量之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的周期辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟5中預(yù)先計(jì)算出的所述周期線(xiàn)是當(dāng)前周期的平衡線(xiàn)與所述步驟5中計(jì)算出的變化量之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的周期辨識(shí)方法，其特征在于，所述初始的周期線(xiàn)是未施加振動(dòng)激勵(lì)時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)平均值與該段時(shí)間內(nèi)最大峰的峰值之和。
6.一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)系統(tǒng)，包括依次連接的用于檢測(cè)所述振動(dòng)信號(hào)的傳感器、信號(hào)采集單元、信號(hào)濾波單元和信號(hào)周期辨識(shí)單元，其特征在于，所述信號(hào)周期辨識(shí)單元根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的周期辨識(shí)方法對(duì)來(lái)自所述信號(hào)濾波單元的信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種振動(dòng)信號(hào)的周期辨識(shí)方法及周期辨識(shí)系統(tǒng)。周期辨識(shí)方法包括步驟1，確定初始的周期線(xiàn)；步驟2，根據(jù)初始的周期線(xiàn)辨識(shí)并計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的前N個(gè)周期中的每個(gè)周期的平衡線(xiàn)，其中N為自然數(shù)；步驟3，根據(jù)N個(gè)平衡線(xiàn)，預(yù)先計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的下一周期的周期線(xiàn)；步驟4，根據(jù)預(yù)先計(jì)算出的周期線(xiàn)，判斷振動(dòng)信號(hào)的下一周期的周期，并得出振動(dòng)信號(hào)的下一周期的平衡線(xiàn)；步驟5，計(jì)算下一周期的平衡線(xiàn)與該下一周期的上一周期的平衡線(xiàn)之間的變化量，根據(jù)變化量預(yù)先計(jì)算出下一周期的下一周期的周期線(xiàn)；步驟6，循環(huán)執(zhí)行步驟4和步驟5。本發(fā)明可以通過(guò)幾個(gè)周期的平衡線(xiàn)的變化量，預(yù)先計(jì)算出下一周期的周期線(xiàn)，可適用于振動(dòng)信號(hào)的平衡點(diǎn)向上或上下偏移的情況。
文檔編號(hào)G01M7/02GK103175604SQ20111043925
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者黃毅, 楊文 , 王佳茜, 鄺昊 申請(qǐng)人:中聯(lián)重科股份有限公司