一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法，其包括如下步骤：对冲击响应信号进行小波变换，确定冲击响应信号中每个突变分量的位置；在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，计算相关系数；根据相关系数的最大值提取冲击响应信号特征参数。本发明专利技术所述的快速提取冲击响应信号特征参数的方法能够避免大量的无效运算，提高提取特征参数的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法
本专利技术涉及齿轮箱故障诊断
，尤其涉及一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法。
技术介绍
齿轮箱是各种机械设备的重要组成部分。它们通常用于传输运动和动力。在现代大型机械中，一旦齿轮箱出现故障，可能会造成严重后果。由于在齿轮箱中出现如点蚀、断齿、疲劳剥落等故障时，相当于在故障位置产生一个脉冲冲击，使得齿轮箱的振动信号表现为冲击响应信号，因此现有技术较多地采用从振动信号中提取脉冲响应信号分量的方法以定位故障的位置。为了提高齿轮箱故障诊断的准确性，通常需要提取冲击响应信号的特征参数，而现有的脉冲响应信号特征参数提取方法大多是在整个时间区间内进行参数提取。由于计算区间长，计算点数多，使得此类算法需要耗费大量时间，导致提取冲击响应信号的特征参数效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法，所述快速提取冲击响应信号特征参数的方法能够避免大量的无效运算，提高提取特征参数的效率。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法，包括如下步骤：对冲击响应信号进行小波变换，确定冲击响应信号中每个突变分量的位置；在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，计算相关系数；根据相关系数的最大值提取冲击响应信号特征参数。相对于现有技术，本专利技术根据小波变换对信号突变分量敏感和小波变换所具有的良好的时频域局部化的特性，通过对冲击响应信号进行小波变换，确定冲击响应信号中每个突变分量的位置，考虑到冲击脉冲的支撑区间都是相对较窄的而预设了以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间，仅需在该时间参数计算区间进行计算，避免在冲击响应信号分布的整个时间参数区间进行大量的无效运算，提高提取特征参数的效率，在提取的时候将冲击响应信号单边衰减性质与具有相似衰减性质的拉普拉斯小波作相关运算，取出相关系数最大值并由此确定与最大值对应的冲击响应信号特征参数，提取结果的精度高，提高齿轮箱故障诊断的准确性。进一步，所述对冲击响应信号进行小波变换，确定振动信号中每个突变分量的位置的步骤，包括如下步骤：根据冲击响应信号的时频域特征，选取小波基函数和确定小波变换层数，对冲击响应信号进行小波变换；根据小波变换的结果确定每个突变分量出现时的时间参数。进一步，所述在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，获得相关系数的步骤是对冲击响应信号与拉普拉斯小波的实部进行相关运算。进一步地，所述相关系数其中，x(t)为冲击响应信号，进一步地，所述冲击响应信号特征参数包括阻尼参数、频率参数和初始时间参数。进一步地，所述根据相关系数的最大值提取冲击响应信号特征参数的步骤包括：在预设的阻尼参数、频率参数和初始时间参数的计算区间内，根据相关系数最大值确定相关系数最大值对应的阻尼参数频率参数和初始时间参数本专利技术还提供一种快速提取冲击响应信号特征参数的系统，包括突变分量定位模块，用于对冲击响应信号进行小波变换，确定冲击响应信号中每个突变分量的位置；相关系数计算模块，用于在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，计算相关系数；特征参数提取模块，用于根据相关系数的最大值提取冲击响应信号特征参数。本专利技术还提供一种计算机可读储存介质，其上储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的快速提取冲击响应信号特征参数的方法的步骤。本专利技术还提供一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的快速提取冲击响应信号特征参数的方法的步骤。为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。附图说明图1是本专利技术的快速提取冲击响应信号特征参数的方法的流程图；图2是本专利技术的步骤S10的子步骤流程图；图3是实施例1的仿真信号波形图；图4是向实施例1的仿真信号中添加高斯白噪声后的波形图；图5是实施例1中采用小波变换算法对含噪仿真信号的处理结果；图6是图1节点d2的放大图；图7是利用本专利技术的方法从含噪仿真信号提取特征信号的结果；图8是利用本专利技术的方法处理一个实际齿轮振动信号的结果。具体实施方式为了提取冲击响应信号的特征参数，现有方法需要在冲击响应信号分布的整个时间参数的计算区间上进行计算和提取，从而需要耗费大量的计算时间，提取效率低下。基于此，为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法，利用小波变换对冲击响应信号中的冲击分量进行初定位，以所确定的冲击分量位置为中心，在此基础上设置一个合理的时间参数计算区间，在此区间内应用相关系数最大的原则对冲击分量进行参数提取，避免了大量的无效运算，提高了提取效率。请参阅图1，本专利技术的快速提取冲击响应信号特征参数的方法,包括如下步骤：S10：对冲击响应信号进行小波变换，确定冲击响应信号中每个突变分量的位置；S20：在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，计算相关系数；S30：根据相关系数的最大值提取冲击响应信号特征参数。齿轮箱正常运转情况下，如发生故障相当于在故障位置添加一个冲击脉冲，反映在冲击响应信号中则为突变分量，也即冲击分量。根据小波变换对信号突变分量敏感的特性和小波变换的时频域局部化的特性可知，通过小波变换能够有效提取冲击响应信号中的突变分量，从而确定冲击分量出现的大致位置，在此基础上再进行参数提取。具体地，请参阅图2，所述对冲击响应信号进行小波变换，确定振动信号中每个突变分量的位置的步骤S10，包括如下步骤：S11：根据冲击响应信号的时频域特征，选取小波基函数和确定小波变换层数，对冲击响应信号进行小波变换；S12：根据小波变换的结果确定每个突变分量出现时的时间参数。在步骤S20中，根据冲击脉冲的特点，冲击脉冲的支撑区间都是相对较窄的，从而以每个突变分量的位置为中心设定时间参数计算区间。在该时间参数计算区间内的冲击响应信号亦即冲击响应信号的冲击分量，或称突变分量。只需对冲击分量进行与它性质相似的信号进行相关运算即可提取出冲击分量的特征参数。对于多个冲击脉冲，则以每个突变分量的位置为中心设定的时间参数计算区间也会有多个，因此需要对每一个时间参数计算区间冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，计算相关系数。在一个实施例中，所述在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，获得相关系数的步骤是对冲击响应信号与拉普拉斯小波的实部进行相关运算。之所以与拉普拉斯小波进行相关运算，原因在于冲击响应信号本身是一个单边衰减信号，拉普拉斯小波具有与之相似的衰减特性。拉普拉斯小波的原始数学表达式为：在实际应用之中，由于待提取特征参数的冲击响应信号一般均为实信号，因此在进行相关运算时，选用拉普拉斯小波的实部，也即：进行计算。进一步地，所述相关系数其中，x(t)为冲击响应信号，相关系数可以用于评价两信号或者矢量之间的相似程度，相关系数的值越靠近1，表明两信号的相似程度越高。基于拉普拉斯小波的近似形式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：对冲击响应信号进行小波变换，确定冲击响应信号中每个突变分量的位置；在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，计算相关系数；根据相关系数的最大值提取冲击响应信号特征参数。

【技术特征摘要】
1.一种快速提取冲击响应信号特征参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：对冲击响应信号进行小波变换，确定冲击响应信号中每个突变分量的位置；在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，计算相关系数；根据相关系数的最大值提取冲击响应信号特征参数。2.根据权利要求1所述的快速提取冲击响应信号特征参数的方法，其特征在于：所述对冲击响应信号进行小波变换，确定振动信号中每个突变分量的位置的步骤，包括如下步骤：根据冲击响应信号的时频域特征，选取小波基函数和确定小波变换层数，对冲击响应信号进行小波变换；根据小波变换的结果确定每个突变分量出现时的时间参数。3.根据权利要求1所述的快速提取冲击响应信号特征参数的方法，其特征在于：所述在预设的以每个突变分量的位置为中心的时间参数计算区间内，对冲击响应信号与拉普拉斯小波进行相关运算，获得相关系数的步骤是对冲击响应信号与拉普拉斯小波的实部进行相关运算。4.根据权利要求3所述的快速提取冲击响应信号特征参数的方法，其特征在于：所述相关系数其中，x(t)为冲击响应信号，5.根据权利要求1所述的快速提取冲击响应信号特征参数的方法，其特征在于：所述冲击响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦新涛，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44