用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离方法，包括对船舶机械结构健康监测数据信号进行EMD分解，得到所述数据信号分解后的各阶IMF信号；对所述各阶IMF信号进行HHT变换，得到Hilbert谱和Hilbert边际谱；以所述Hilbert谱和所述Hilbert边际谱为依据，将所述数据信号变换为系列特征信号的组合，并结合实际情况中不同特征信号所在的频段，确定所述船舶机械结构正常工作中产生的所述数据信号中表征不同作用力的特征信号。本申请实施例通过对待分离数据信号进行EMD分解和HHT变换方法为船舶机械结构健康监测系统能最终得到准确、可靠的有效数据提供了保证。

【技术实现步骤摘要】
用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离方法及装置
本申请涉及船舶机械结构健康监测
，尤其涉及一种用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离方法及装置。
技术介绍
在船舶机械结构健康监测系统既能够实现对船舶机械结构健康状态的实时评估，还能及时捕获结构失效的前兆，从而避免重大人员伤亡与财产损失。但由于大型船用机械设备在海上正常服役时，不仅仅受到机械结构本身在服役过程中产生的载荷作用，还同时受到恶劣海洋环境中行驶时船舶的惯性系统导致的惯性力作用。这样，由各类力学传感器监测得到的原始数据信号中，如应力应变传感器数值信号、加速度传感器数值信号等，通常既包含大型船用机械设备正常工作的载荷信号，也包含了在船体运动惯性系中的船用机械设备所产生的惯性力作用信号。另外，周围其它设备工作产生的噪音信号也在其中有所体现，从而导致最后组合而成原始数据信号通常会是一种非线性非平稳信号。因此，如何对各类传感器监测所得的原始数据信号进行信号分离，以从原始数据信号中提取出准确、可靠的有效信号，是船用机械设备结构健康监测中一个亟待解决的技术问题，也是保证船舶机械设备平稳、安全运行的关键问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本申请实施例第一方面提供了一种用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离方法，包括：S110，对船舶机械结构健康监测数据信号进行EMD分解，得到所述数据信号分解后的各阶IMF信号，所述数据信号来自用于船舶机械结构健康监测的力学传感器；S120，对所述各阶IMF信号进行HHT变换，得到Hilbert谱和Hilbert边际谱；S130，以所述Hilbert谱和所述Hilbert边际谱为依据，将所述数据信号变换为一系列特征信号的组合，并结合实际情况中不同特征信号所在的频段，用所述特征信号表征所述船舶机械结构中不同频段的确定工作信号。一些实施例中，步骤S110包括：S111，确定所述数据信号的信号函数x(t)，其中变量t为时间参数；S112，确定所述信号函数x(t)各个局部的极大值点和极小值点，并分别形成极大值点序列x(ti)和极小值点序列x(tj)，其中i，j均为大于1的自然数；S113，对所述极大值点序列x(ti)和所述极小值点序列x(ti)分别采用三次样条插值函数拟合形成所述数据信号x(t)的上、下包络线函数xu(t)和xl(t)，并确定所述上、下包络线函数xu(t)和xl(t)的均值函数xm(t)，其中所述上、下包络线函数xu(t)和xl(t)在任意时点上下对称；S114，令h(t)＝x(t)-xm(t)，当函数h(t)不满足获得各阶IMF信号的条件时，重复步骤S112-S113直到所述函数h(t)满足获得各阶IMF信号的条件；S115，确定所述函数h(t)的一阶IMF信号分量IMF1(t)；S116，令ri(t)＝x(t)-IMFi(t)，将函数ri(t)作为新的信号函数，重复步骤S112-S115的过程，以确定下一阶的IMF信号分量IMFi(t)，直到函数rn(t)中的极值点个数不超过2个，其中i与n均为自然数，且1≤i≤n；其中，所述信号函数x(t)可被表达为：x(t)＝∑IMFi(t)+rn(t)(1)。一些实施例中，步骤S120包括：S121，按照HHT变换公式：输入信号函数为x(t)，得到经HHT变换后的变换函数S122，按照式(3)将所述信号函数x(t)与所述变换函数组合后得到解析函数z(t)，其中，为瞬时幅值，为瞬时转角值，j为虚数单位；S123，依据瞬时频率的计算方法得各阶IMF信号分量的瞬时圆频率S124，对各阶IMF信号分量IMFi(t)作HHT变换，并求其解析函数z(t)的瞬时幅值谱ai(t)和瞬时圆频率ωi(t)，使所述信号函数x(t)表示为：其中Re表示复数的实部，i是不小于1且不大于n的自然数；S125，依据式(4)得Hilbert谱，记为：其中，fi(t)为阶IMF信号分量IMFi(t)的瞬时频率，且fi(t)＝ωi(t)/2π，Re表示复数的实部，i是不小于1且不大于n的自然数；S126，根据式(6)获得Hilbert边际谱：其中，T为所述数据信号的时间长度，i是不小于1且不大于n的自然数。一些实施例中，步骤S130包括：S131，分别计算出各阶IMF信号分量IMFi(t)的瞬时频率fi(t)；S132，根据所述瞬时频率fi(t)所属的频段，将其对应的信号分量IMFi(t)归到对应的频段区间；S133，利用所述频段区间对应的所述信号分量IMFi(t)，绘制相应的特征信号曲线；S134，根据所述船舶机械结构中确定工作信号所在的确定频段，用所述特征信号曲线表征所述确定工作信号。本申请实施例第二方面提供了一种用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离装置，包括：信号分解模块，用于对船舶机械结构健康监测数据信号进行EMD分解，得到所述数据信号分解后的各阶IMF信号，所述数据信号来自用于船舶机械结构健康监测的力学传感器；信号变换模块，用于对所述各阶IMF信号进行HHT变换，得到Hilbert谱和Hilbert边际谱；特征信号确定模块，用于以所述Hilbert谱和所述Hilbert边际谱为依据，将所述数据信号变换为系列特征信号的组合，并结合实际情况中不同特征信号所在的频段，确定所述船舶机械结构正常工作中产生的所述数据信号中表征不同作用力的特征信号。本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如本申请第一方面所述任一项所述的方法。本申请实施例第四方面提供了一种船舶机械结构健康监测系统，所述系统采用了本申请第二方面任一所述的装置。本申请实施例的有益效果在于通过对待分离数据信号进行EMD分解，并采用HHT变换摆脱了信号分析或分离中的线性和平稳性束缚，使得复杂海况下通过传感器检测到的船舶机械结构中的非线性、非平稳信号可以得到有效处理，从而为船舶机械结构健康监测系统能最终得到准确、可靠的有效数据提供了可能，为船舶机械设备得以平稳、安全运行提供了保证。附图说明图1是本申请实施例1的数据信号分离方法的方法流程图；图2是本申请实施例1中的待分离数据信号的信号示意图；图3是本申请实施例1中的数据信号经分解后得到的各阶信号分量的信号示意图；图4是本申请实施例1中的各阶信号分量经重组后的各频段信号分量示意图；图5是本申请实施例1对应的装置结构框图；图6是本申请实施例2的方法流程图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离方法，包括：/nS110，对船舶机械结构健康监测数据信号进行EMD分解，得到所述数据信号分解后的各阶IMF信号，所述数据信号来自用于船舶机械结构健康监测的力学传感器；/nS120，对所述各阶IMF信号进行HHT变换，得到Hilbert谱和Hilbert边际谱；/nS130，以所述Hilbert谱和所述Hilbert边际谱为依据，将所述数据信号变换为一系列特征信号的组合，并结合实际情况中不同特征信号所在的频段，用所述特征信号表征所述船舶机械结构中不同频段的确定工作信号。/n

【技术特征摘要】
1.用于船舶机械结构健康监测数据信号的分离方法，包括：
S110，对船舶机械结构健康监测数据信号进行EMD分解，得到所述数据信号分解后的各阶IMF信号，所述数据信号来自用于船舶机械结构健康监测的力学传感器；
S120，对所述各阶IMF信号进行HHT变换，得到Hilbert谱和Hilbert边际谱；
S130，以所述Hilbert谱和所述Hilbert边际谱为依据，将所述数据信号变换为一系列特征信号的组合，并结合实际情况中不同特征信号所在的频段，用所述特征信号表征所述船舶机械结构中不同频段的确定工作信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S110包括：
S111，确定所述数据信号的信号函数x(t)，其中变量t为时间参数；
S112，确定所述信号函数x(t)各个局部的极大值点和极小值点，并分别形成极大值点序列x(ti)和极小值点序列x(tj)，其中i，j均为大于1的自然数；
S113，对所述极大值点序列x(ti)和所述极小值点序列x(ti)分别采用三次样条插值函数拟合形成所述数据信号x(t)的上、下包络线函数xu(t)和xl(t)，并确定所述上、下包络线函数xu(t)和xl(t)的均值函数xm(t)，其中所述上、下包络线函数xu(t)和xl(t)在任意时点上下对称；
S114，令h(t)＝x(t)-xm(t)，当函数h(t)不满足获得各阶IMF信号的条件时，重复步骤S112-S113直到所述函数h(t)满足获得各阶IMF信号的条件；
S115，确定所述函数h(t)的一阶IMF信号分量IMF1(t)；
S116，令ri(t)＝x(t)-IMFi(t)，将函数ri(t)作为新的信号函数，重复步骤S112-S115的过程，以确定下一阶IMF信号分量IMFi(t)，直到函数rn(t)中的极值点个数不超过2个，其中i与n均为自然数，且1≤i≤n；
其中，所述信号函数x(t)可被表达为：
x(t)＝∑IMFi(t)+rn(t)(1)。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤S120包括：
S121，按照HHT变换公式：



输入信号函数为x(t)，得到经HHT变换后的变换函数
S122，按照式(3)将所述信号函数x(t)与所述变换函数组合后得到解析函数z(t)，



其中，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦益海，张馨予，秦铁男，朱东旭，刘磊，
申请(专利权)人：大连科迈尔防腐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21