一種信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法，通過振動傳感器采集到的機械振動原始時域信號，在原始時域信號中隨機連續(xù)抽取n段信號作為樣本信號，保證n段樣本信號長度相同；分別對所得n段樣本信號進行傅里葉變換，得到各段樣本信號頻譜；對所得n段樣本信號頻譜的每一條譜線幅值分別進行均值計算，得到各條譜線幅值的均值，即n段樣本信號隨機平均譜。本發(fā)明可顯著降低信號頻譜中的噪聲強度，數(shù)據(jù)處理過程簡單、易于操作、能有效降低噪聲的強度、提高信號的信噪比。
【專利說明】一種信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法，尤其適用于對振動信號的前期處理，降低振動信號頻譜中的噪聲強度。
【背景技術(shù)】
[0002]振動檢測是目前機械系統(tǒng)故障診斷方法中最常用的一種。機械部件在正常工作狀態(tài)下和故障狀態(tài)下的振動信號往往包含不同的信息，通過信號分析技術(shù)即可實現(xiàn)基于振動信號的機械故障診斷。然而，實際情況下的振動信號往往包含強烈的噪聲，環(huán)境噪聲和其他的干擾振動往往會對檢測的結(jié)果產(chǎn)生影響，只有通過相關(guān)的信號處理方法降低信號中的噪聲強度，才能有效的對振動信號進行后續(xù)分析。
[0003]目前針對信號中包含的噪聲，一種方法是通過濾波器進行處理，該方法處理起來過程復雜，在消除噪聲的同時可能會破壞信號中的有用信息；另一種方法，將原始信號均分為幾段，分別對每一段處理后求均值，由于原始信號長度有限，樣本數(shù)量較少，該方法并不能有效降低信號中的噪聲強度。本發(fā)明的方法在該方法的基礎(chǔ)上進行改進，增加了樣本的數(shù)量，提高了對噪聲的消除能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種方法簡單、能增加樣本數(shù)量、提高對噪聲消除能力的信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法，包括通過振動傳感器采集到的長度為L的機械振動原始時域信號，步驟如下:
[0006](I)在原始時域信號中隨機抽取η段樣本信號，η段樣本信號相互統(tǒng)計獨立，并保證所得η段樣本信號的長度I相同，且滿足1〈L ；
[0007](2)分別對所得η段樣本信號進行傅里葉變換，得到η段樣本信號頻譜；
[0008](3)分別對所得η段樣本信號頻譜的每一條譜線幅值進行均值計算，得到各條譜線幅值的均值，即信號隨機平均譜。
[0009]所述隨機抽取的η段樣本信號的段數(shù)為100?10000段；當η段樣本信號的段數(shù)無限大時，η段樣本信號隨機平均譜中各條譜線幅值的方差為δ/n，其中δ是樣本信號各條譜線幅值的方差。
[0010]有益效果:本發(fā)明方法數(shù)據(jù)處理過程簡單、易于操作、能有效降低噪聲的強度。該方法取樣范圍包含原始信號所有點，隨機取樣數(shù)量大，能有效保留原始信號的有用信息。相比于傳統(tǒng)的將信號均分為幾段進行平均譜計算的方法，本發(fā)明隨機取樣的樣本數(shù)量大，不受原始信號長度的限制，所得樣本的標準方差小，更能有效降低噪聲的強度，提高振動信號的信噪比。以長度為L的原始時域信號為例，樣本信號長度為1，按照傳統(tǒng)方法僅能獲得約L/1段樣本信號，并且在非白噪聲的條件下無法保證其降噪的效果；采用隨機平均譜的信號處理方法，可獲得L-1+1段不同的樣本信號，且可以保證隨機平均譜中各條譜線幅值的方差約為S/η，其中δ是長度為I的樣本信號的各條譜線幅值的方差。實現(xiàn)通過簡單的數(shù)據(jù)處理，降低信號所包含的噪聲強度，提高信噪比，為后續(xù)的分析處理提供基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的工作過程流程示意圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，本發(fā)明的信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法:
[0013](I)首先通過振動傳感器采集到的長度為L的機械振動原始時域信號，然后在原始時域信號中隨機抽取η段長度為I的連續(xù)信號作為樣本信號，每次進行隨機取樣時會有L-1+1種情況，因要進行大量的隨機取樣，為保證隨機取樣的有效性，應保證所得η段樣本信號的長度I相同，且滿足1〈L ;理論上樣本數(shù)量越大則所得的樣本標準差越小消噪效果越好，實際應用中隨機抽取的η段樣本信號的段數(shù)根據(jù)信號處理設(shè)備的計算能力確定，一般取100?10000段，在信號處理設(shè)備計算能力允許的情況下，樣本信號段數(shù)η越大，數(shù)據(jù)處理的效果越好，即平均譜中各條譜線幅值的方差越??；當η段樣本信號的段數(shù)無限大時，η段樣本信號隨機平均譜中各條譜線幅值的方差約為S/n，其中δ是η段樣本信號各條譜線幅值的方差；
[0014](2)分別對所得η段樣本信號進行傅里葉變換，得到各段樣本信號對應的頻譜；由于樣本信號的長度相同，則對應的頻譜具有相同的譜線數(shù)量；
[0015](3)對于η段樣本信號頻譜的每一條譜線，求η段樣本信號段樣本頻譜中該譜線幅值的均值，所得各條譜線的均值即為降低噪聲強度后的信號頻譜。
【權(quán)利要求】
1.一種信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法，包括通過振動傳感器采集到的長度為L的機械振動原始時域信號，其特征在于:(1)在原始時域信號中隨機抽取η段樣本信號，η段樣本信號相互統(tǒng)計獨立，并保證所得η段樣本信號的長度I相同，且滿足1〈L ；(2)分別對所得η段樣本信號進行傅里葉變換，得到η段樣本信號頻譜；(3)分別對所得η段樣本信號頻譜的每一條譜線幅值進行均值計算，得到各條譜線幅值的均值，即信號隨機平均譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種信號隨機平均譜的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于:所述隨機抽取的η段樣本信號的段數(shù)為100?10000段；當η段樣本信號的段數(shù)無限大時，η段樣本信號隨機平均譜中各條譜線幅值的方差為S/η，其中δ是樣本信號各條譜線幅值的方差。
【文檔編號】G06F19/00GK103438983SQ201310323803
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】李偉, 朱真才, 吳波, 王澤文, 周公博, 陳國安, 江帆 申請人:中國礦業(yè)大學