【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种信号处理技术，特别涉及一种振动频谱峰值捕获方法。
技术介绍
1、峰值捕获在信号处理、边缘检测、数字图像处理、目标识别、自动控制等方面有着较为广泛的应用。在振动领域，振动噪声的峰值是一项重要的指标。波峰在峰值点处的一阶导数为零，也是局部极大值点，在实际测量中因多种噪声干扰，导致频谱上会出现许多无效的干扰峰值。
2、目前，国内外针对峰值捕获的方法主要有：
3、1、基于平滑和分段曲线拟合的峰值捕获算法；
4、2、基于全时态相对阈值的峰值捕获算法；
5、3、基于滤波去噪的峰值捕获算法；
6、其中，基于平滑和分段曲线拟合的峰值捕获算法，对数据先进行平滑处理，再分段曲线拟合，通过设置幅度阈值等一系列阀值对搜索算法进行调优。
7、基于全时态相对阈值的峰值捕获算法，利用时间信息确定峰值个数，利用相对阈值法去除干扰波动，通过脉宽范围、峰峰间隔进一步提高判断的准确性。
8、基于滤波和迭代的峰值捕获算法，选取特征点得到特征较为明显的数据，通过滤波和迭代算法去除噪声，再向波峰的两侧捕获峰值坐标。
9、然而，上述针对峰值捕获的方法都存在着不足之处，主要有以下几点：
10、(1)干扰峰值过多，曲线拟合效果差，需要对数据选择适当的窗口进行平滑预处理，平滑处理和拟合都会导致波峰产生漂移。
11、(2)需要一系列确定各类阈值的繁琐步骤，算法较为复杂，通用性不高。
12、(3)滤波和迭代引入了波峰位置、高度、宽度上的
技术实现思路
1、针对曲线拟合搜索频谱峰值精度不高问题，提出了一种振动频谱峰值捕获方法，无需进行复杂的曲线拟合和阈值确定，同时解决了因平滑处理和拟合造成的峰值漂移问题。
2、本专利技术的技术方案为：一种振动频谱峰值捕获方法，传感器采集的时域数据进行快速傅里叶变换，得到频域数据，对于输入的频谱数据序列，通过一阶差分获取曲线的变化趋势和极值点，二阶差分找到平滑曲线的拐点，查找归一化二阶差分中代表拐点的数据，得到拐点位置，再通过局部邻域搜索确定原始采样数据中的峰值。
3、进一步，所述振动频谱峰值捕获方法，具体包括如下步骤：
4、步骤一、将传感器采集的时域数据{t[0],...,t[i],...,t[n]}进行快速傅里叶变换，得到频域数据{s[0],...,s[i],...,s[n]}；
5、步骤二、对于输入的频谱数据序列{s[0],...,s[n]}进行归一化一阶差分处理，归一化一阶差分公式为：
6、diff[i]＝sign(s[i+1]-s[i])，sign(·)是符号函数；
7、步骤三、用对归一化一阶差分序列{diff[0],...,diff[i],...,diff[n-1]}进行再次差分处理：diff2[i]＝diff[i+1]-diff[i]，得到对应的二阶差分值diff2[i]，通过比较diff2[i]＝diff[i+1]-diff[i]，当diff2[i]对应的值为－2时，即说明捕获到了一个峰值；
8、步骤四、设置参数，确定搜索邻域长度h，在第k个峰值点索引indexk的前后h/2的区间内修正真实峰值的位置，将邻域内最大值作为真实峰值点：indexk＝k,s[k]＝max{s[k-h/2],s[k+h/]}；
9、步骤五：设置幅度阈值threshold，排除噪声干扰，对有效峰值进行识别，
10、
11、遍历整个序列，最终捕获到所有有效峰值的索引和数值。
12、进一步，所述步骤二中
13、符号函数的表达式为：
14、
15、通过比较s[i+1]与s[i]的值，如果s[i+1]大于s[i]，则将对应的差分值diff[i]设置为1；如果s[i+1]等于s[i]，则将对应的差分值diff[i]设置为0；如果s[i+1]小于s[i]，则将对应的差分值diff[i]设置为-1，diff[i]表示s[i+1]与s[i]之间坡度，用1、0、-1分别代替坡度上升、不变和下降趋势时的斜率。
16、进一步，所述在第k个峰值点索引indexk的前后h/2的区间内修正真实峰值的位置：根据捕获的波峰坐标为中心，在波峰坐标前后小范围进行最大值查找，查找范围可根据信号采样频率进行设置，利用局部邻域搜索来纠正可能存在的飘移。
17、一种无线通信的振动频谱峰值捕获装置，包含mems振动加速度计、模拟信号调理电路、mcu主控模块以及无线发送模块；
18、mems振动加速度计采集加速度信号送模拟信号调理电路处理后，送入mcu主控模块，在mcu主控模块内部根据振动频谱峰值捕获方法进行完成频谱计算及峰值捕获，将捕获的峰值通过无线发送模块对外发送。
19、优选的，所述模拟信号调理电路包括信号滤波放大电路以及ad转换电路两部分，所述信号滤波放大电路对加速度信号通过rc滤波方式隔离低频信号的干扰，然后通过运放对模拟信号进行增益调整，以达到ad芯片的满量程范围，提高整体振动信号监测的动态范围；
20、所述ad转换电路选择ad7606-4的adc芯片，ad7606-4为4个通道的16位同步采样模数转换数据采集系统。
21、本专利技术的有益效果在于：本专利技术振动频谱峰值捕获方法，采用了一种基于归一化二阶差分和排序的算法，便可实现较为准确的振动频谱峰值捕获，无需进行复杂的曲线拟合，同时解决了因平滑处理和拟合造成的峰值漂移问题；具有峰值捕获精度高的优点，对弱峰同样具有大强的识别能力和识别准确度，可用于弱峰识别环境中，通用性较强，为状态监测和后续振动分析提供依据；核心算法处理流程简单，需要设置的阈值少，便于编程实现，峰值捕获结果准确。结构简单，鲁棒性强，成本更低；通过峰值捕获算法大大减少传输链路压力，有效减少无线发送的功耗，提升整体装置的稳定性及工作寿命。
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1.一种振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，传感器采集的时域数据进行快速傅里叶变换，得到频域数据，对于输入的频谱数据序列，通过一阶差分获取曲线的变化趋势和极值点，二阶差分找到平滑曲线的拐点，查找归一化二阶差分中代表拐点的数据，得到拐点位置，再通过局部邻域搜索确定原始采样数据中的峰值。
2.根据权利要求1所述振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，所述步骤二中符号函数的表达式为：
4.根据权利要求2所述振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，所述在第k个峰值点索引indexk的前后h/2的区间内修正真实峰值的位置：根据捕获的波峰坐标为中心，在波峰坐标前后小范围进行最大值查找，查找范围可根据信号采样频率进行设置，利用局部邻域搜索来纠正可能存在的飘移。
5.一种无线通信的振动频谱峰值捕获装置，其特征在于，包含MEMS振动加速度计、模拟信号调理电路、MCU主控模块以及无线发送模块；
6.根据权利要求5所述无线通信的振动频谱峰值捕获装置，其特征在于，所述模拟信号调理电路
...【技术特征摘要】
1.一种振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，传感器采集的时域数据进行快速傅里叶变换，得到频域数据，对于输入的频谱数据序列，通过一阶差分获取曲线的变化趋势和极值点，二阶差分找到平滑曲线的拐点，查找归一化二阶差分中代表拐点的数据，得到拐点位置，再通过局部邻域搜索确定原始采样数据中的峰值。
2.根据权利要求1所述振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，所述步骤二中符号函数的表达式为：
4.根据权利要求2所述振动频谱峰值捕获方法，其特征在于，所述在第k个峰值点索引indexk的前后h/2的区间内修正真...
【专利技术属性】
技术研发人员：符栋梁，章艺，童宇翔，候嫣茹，郭政彤，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所，
类型：发明
国别省市：
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