本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，具體涉及測(cè)量物體的振動(dòng)基頻的方法。

背景技術(shù)：

振動(dòng)基頻是各種物體的一個(gè)重要物理參數(shù)，能夠反映物體或者物理結(jié)構(gòu)的物理狀態(tài)和特性。對(duì)振動(dòng)基頻的測(cè)量被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)、物體探傷等。測(cè)量物體的振動(dòng)基頻的通常方法是，首先使用傳感器以一定的采樣頻率測(cè)量物體的物理量(例如加速度、速度或者位移等)，然后對(duì)測(cè)得的物理量做快速傅里葉變換(FFT)而得到FFT功率譜，最后從FFT功率譜中人工識(shí)別出物體的振動(dòng)基頻。這種人工識(shí)別振動(dòng)基頻的方式比較麻煩，依賴于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，而且結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種能夠自動(dòng)地而且比較準(zhǔn)確地測(cè)量物體的振動(dòng)基頻的方法。

根據(jù)本發(fā)明，一種測(cè)量物體的振動(dòng)基頻的方法包括以下步驟：

使用傳感器以采樣頻率r測(cè)量物體的物理量，其中r在該物體的振動(dòng)基頻的10倍到50倍之間；

對(duì)該物理量做快速傅里葉變換(FFT)，得到FFT功率譜，其中，F(xiàn)FT運(yùn)算點(diǎn)數(shù)N不小于4096；

對(duì)于頻點(diǎn)的每一個(gè)取值，其中M為之間的整數(shù)，按以下方式得到相應(yīng)的評(píng)估參數(shù)E_x：在第x點(diǎn)，第2x點(diǎn)，第3x點(diǎn)，…，第點(diǎn)處，以頻點(diǎn)為中心設(shè)置一種中心為最大值1而邊緣為最小值0的窗口，該窗口的寬度為之間的整數(shù)；將FFT功率譜與該窗口相乘，得到FFT窗口加權(quán)功率譜；將FFT窗口加權(quán)功率譜中的非零幅度值累加后除以得到評(píng)估參數(shù)E_x；以及

找到中的最大值E_xmax，將E_xmax所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)作為候選振動(dòng)基頻點(diǎn)x₁，并通過運(yùn)算而得到該物體的候選振動(dòng)基頻f₁。

本發(fā)明能夠以較高精度自動(dòng)測(cè)量物體的振動(dòng)基頻，而不需要人工識(shí)別基頻。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量物體的振動(dòng)基頻的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照?qǐng)D1詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量物體的振動(dòng)基頻的方法的各個(gè)步驟。

如圖1所示，在步驟S1，使用傳感器以采樣頻率r測(cè)量物體的物理量(例如加速度、速度或者位移等)，其中r在該物體的振動(dòng)基頻的10倍到50倍之間。在步驟S2，對(duì)該物理量做快速傅里葉變換(FFT)，得到FFT功率譜，其中，F(xiàn)FT運(yùn)算點(diǎn)數(shù)N不小于4096。這里，為了保證本發(fā)明的測(cè)量方法的準(zhǔn)確性，對(duì)采樣頻率r和FFT運(yùn)算點(diǎn)數(shù)N的取值范圍進(jìn)行了限定。

在步驟S4，采用窗口加權(quán)法，得到該物體的候選振動(dòng)基頻f₁。具體地說，對(duì)于頻點(diǎn)的每一個(gè)取值，其中M為之間的整數(shù)(一般取一個(gè)較小的整數(shù)，例如)，按以下方式得到相應(yīng)的評(píng)估參數(shù)E_x：在第x點(diǎn)，第2x點(diǎn)，第3x點(diǎn)，…，第點(diǎn)處(即頻點(diǎn)x及其各次諧波處)，以頻點(diǎn)為中心設(shè)置一種中心為最大值1而邊緣為最小值0的窗口(例如矩形窗、三角窗、余弦窗等)，該窗口的寬度為之間的整數(shù)(一般取一個(gè)較小的整數(shù)，例如)；將FFT功率譜與該窗口相乘，得到FFT窗口加權(quán)功率譜；將FFT窗口加權(quán)功率譜中的非零幅度值累加后除以得到評(píng)估參數(shù)E_x。然后，找到中的最大值E_xmax，將E_xmax所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)作為候選振動(dòng)基頻點(diǎn)x₁，并通過運(yùn)算而得到該物體的候選振動(dòng)基頻f₁。

可選地，為了提高本發(fā)明的測(cè)量方法的準(zhǔn)確度，可以在步驟S4之前，對(duì)在步驟S2得到的FFT功率譜進(jìn)行預(yù)處理，得到FFT功率譜中的峰值功率譜(步驟S3)。相應(yīng)地，在步驟S4中，用所得到的FFT功率譜中的峰值功率譜替代FFT功率譜以與上述窗口相乘。步驟S3的主要目的是找到FFT功率譜中突出的峰值。通常情況下，物體的振動(dòng)基頻或其高次諧波會(huì)在FFT功率譜中的峰值位置。因此，增加步驟S3會(huì)有利于提高振動(dòng)基頻測(cè)量的準(zhǔn)確度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，步驟S3可通過多種方式來實(shí)現(xiàn)。例如，步驟S3可包括：掃描FFT功率譜，如果掃描到的頻點(diǎn)是極大值點(diǎn)，則不作處理，否則直接置零，從而在掃描完畢后得到FFT功率譜中的峰值功率譜。

可替換地，步驟S3可包括：

對(duì)FFT功率譜進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，得到FFT平滑功率譜，其中滑動(dòng)平均處理所取的窗口寬度為5～20個(gè)頻點(diǎn)，從而能夠顯著降低FFT功率譜中干擾峰值的影響；

將FFT平滑功率譜的第1點(diǎn)到第M-1點(diǎn)直接置零(由于頻譜中低頻段的峰值會(huì)降低振動(dòng)基頻測(cè)量的準(zhǔn)確度，這樣處理可排除低頻段的峰值的影響)；

從第M點(diǎn)到第N點(diǎn)掃描FFT平滑功率譜，保留FFT平滑功率譜中的所有極大值點(diǎn)，其他非極大值點(diǎn)全部置零；

再次從第1點(diǎn)到第N點(diǎn)掃描FFT平滑功率譜中的所有非零點(diǎn)，按以下方式得到FFT功率譜中的峰值功率譜：設(shè)第k點(diǎn)為當(dāng)前掃描的非零點(diǎn)，k-1點(diǎn)為上一個(gè)掃描的非零點(diǎn)，k+1為下一個(gè)掃描的非零點(diǎn)，若第k點(diǎn)的幅度大于第k-1點(diǎn)的幅度和第k+1點(diǎn)的幅度或者第k點(diǎn)與最近非零點(diǎn)的距離不小于預(yù)定距離閾值D，其中D為之間的整數(shù)(一般取一個(gè)與M接近的整數(shù))，則不做處理而繼續(xù)掃描第k+1點(diǎn)，否則將第k點(diǎn)置零(這樣處理的目的是去除在FFT功率譜中距離很接近的兩個(gè)峰值中的幅度較小者，這是因?yàn)閮蓚€(gè)很接近的峰值會(huì)影響振動(dòng)基頻測(cè)量的準(zhǔn)確度)。

可選地，為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的測(cè)量方法的準(zhǔn)確度，可以在步驟S4之后，嘗試采用頻率匹配法得到該物體的候選振動(dòng)基頻f₂，并根據(jù)情況確定候選振動(dòng)基頻f₁或f₂為該物體的振動(dòng)基頻(步驟S5)。

具體地說，步驟S5可包括：

對(duì)于循環(huán)變量u＝1,2,…,p的每一個(gè)取值，其中p為在步驟S3得到的FFT功率譜中的峰值功率譜中的峰值的數(shù)量，按以下方式執(zhí)行一輪循環(huán)操作，除非在下述條件下提前退出循環(huán)：找出FFT功率譜中的峰值功率譜中幅度最大的u個(gè)頻點(diǎn)n₁,n₂,…,n_u，將這u個(gè)頻點(diǎn)兩兩做差，得到個(gè)頻點(diǎn)，將這個(gè)頻點(diǎn)連同原始的u個(gè)頻點(diǎn)n₁,n₂,…,n_u一共個(gè)頻點(diǎn)從小到大排序，得到排序后的頻點(diǎn)從m₁開始遍歷這些排序后的頻點(diǎn)，對(duì)于遍歷的每一個(gè)頻點(diǎn)m_i，計(jì)算匹配度其中W為最接近的整數(shù)，并設(shè)置相應(yīng)的匹配值y_i,j(j＝1,2,…,u)，若x_i,j大于預(yù)定匹配閾值σ，其中0<σ≤0.1(σ一般取一個(gè)接近0的數(shù)，例如0.01)，則y_i,j＝0，否則y_i,j＝1，然后計(jì)算基頻相似度若z_i不小于預(yù)定相似度閾值R，其中0.5<R<1(R一般取一個(gè)接近1的數(shù)，例如0.75)，則停止遍歷，并提前退出循環(huán)，確定當(dāng)前遍歷的頻點(diǎn)m_i為候選振動(dòng)基頻點(diǎn)x₂，通過運(yùn)算得到該物體的候選振動(dòng)基頻f₂，而若z_i小于R，則繼續(xù)遍歷；

若上述循環(huán)操作全部執(zhí)行完畢而沒有得到候選振動(dòng)基頻f₂(這表明頻譜質(zhì)量差，導(dǎo)致不能用頻率匹配法得到該物體的振動(dòng)基頻)，則確定候選振動(dòng)基頻f₁為該物體的振動(dòng)基頻，否則比較候選振動(dòng)基頻f₁與候選振動(dòng)基頻f₂：若滿足其中V為最接近的整數(shù)，則確定候選振動(dòng)基頻f₂為該物體的振動(dòng)基頻，否則確定候選振動(dòng)基頻f₁為該物體的振動(dòng)基頻。

以上描述了本發(fā)明的實(shí)施例，上述說明僅是示例性的，而非限制性的?；谏鲜稣f明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易想到對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的各種修改和變更，這些修改和變更都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。