一种基于改进的自适应形态滤波的非稳态信号检测方法

摘要

一种基于改进的自适应形态滤波的非稳态信号检测方法，用于各类旋转机械设备故障信号特征提取，步骤为：（1）绘制原始信号时域图，从原始信号中寻找并标定出所有信号局部极大值，计算由局部极大值与时域图中时间轴围成的轮廓面积，定为参考面积；（2）利用不同长度的结构元素和闭-开形态算子对原始信号进行形态滤波，并计算信号经不同结构元素形态滤波后得到信号的局部极值与时间轴围成的轮廓面积，并与步骤（1）中得到的参考面积求差，确定最小偏差对应的结构元素长度；（3）利用步骤（2）中得到的结构元素对信号进行形态滤波，分析处理后信号的频谱，判断故障。本发明提高了旋转设备故障判断的效率和准确性。

主权项

1.一种基于改进的自适应形态滤波的非稳态信号检测方法，在待检测设备的壳体上安装加速度传感器，检测设备的振动加速度信号，作为检测信号，其特征在于实现步骤如下：（1）绘制原始信号的时域图，找出信号各局部极大值的位置，并计算信号局部极大值在时域图中与时间轴围成的轮廓区域面积为参考面积:$S_{\mathrm{ref}}=\underset{i=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{S}_{\mathrm{local}\_i}$式中，S_ref为原始信号极值与时间轴围成的轮廓区域面积，S_{local_i}＝0.5×length_i×(max_i+max_i+1)为相邻两个局部极值与时间轴围成的轮廓区域面积，k为局部极值个数，i＝1,2,...k-1，length_i为局部极值间的距离，max_i为第i个局部极值；（2）设定结构元素基本步长step，step为信号采样周期，即采样频率倒数，依次增加扫描各倍率长度，从1×step，2×step，…,m×step分别对原始信号进行形态滤波结果与时间轴围成的轮廓区域面积，并与步骤（1）中所得参考面积对比，找出两者面积最接近情况下采用的结构元素的步长，定为最佳结构元素；m为采样周期倍数；（3）根据步骤（2）中得到的最佳结构元素长度，根据下述计算公式利用闭-开算子对信号进行滤波，并分析处理后信号的频谱，判断故障类别：上式中，Θ,ο和·分别表示腐蚀算子、膨胀算子、开算子和闭算子，其中，基本腐蚀算子、膨胀算子、开算子、闭算子分别表达如下：腐蚀算子：(fΘg)(n)＝min[f(n+m)-g(m)]膨胀算子：$(f\oplus g)\left(n\right)=\max [f(n-m)+g\left(m\right)]$开算子：闭算子：$(f·g)\left(n\right)=(f\oplus \mathrm{g\Theta g})\left(n\right)$f(n)为待处理信号，长度为N，g(m)为结构元素，长度为M，m＝0,1,2...M-1,n＝0,1,2...N-1。