一種平動機構(gòu)振動信號識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平動機構(gòu)振動信號識別方法，通過采用振動加速度傳感器拾取平動機構(gòu)的振動信號，采用光柵位移傳感器采集設(shè)備平移過程中的位移脈沖信號，經(jīng)抗混疊濾波器濾波后，通過數(shù)據(jù)采集卡生成數(shù)字信號，然后根據(jù)位移信號來控制采樣頻率對振動信號進行第二次采樣，采用插值算法求出等位移間隔的振動加速度信號，經(jīng)FFT變換后獲得位移階次譜。本發(fā)明有效克服了傳統(tǒng)頻率分析中平動機構(gòu)變速運動導(dǎo)致頻率分析模糊的缺點，很好的解決了平動機構(gòu)頻域特征信號提取的技術(shù)問題，為平動機構(gòu)振動噪聲測試分析提供了一種分析方法。
【專利說明】一種平動機構(gòu)振動信號識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種針對平動機構(gòu)振動信號的識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]平動機構(gòu)，如齒輪齒條、滾珠絲桿，滾柱絲桿、滑軌、導(dǎo)軌等機構(gòu)，由于加工或安裝精度誤差，在運行過程中由于多種原因往往會出現(xiàn)振動和噪聲，影響設(shè)備運行的平穩(wěn)性和現(xiàn)場操作人員的舒適性，有時甚至引發(fā)設(shè)備故障。隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，設(shè)備控制的精度要求不斷提高，對平動機構(gòu)振動噪聲研究的相關(guān)文獻也不斷出現(xiàn)。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，文獻《汽車座椅電動滑軌的振動信號分析與特征提取》(噪聲與振動控制，2011年6月第3期)從汽車座椅電動滑軌產(chǎn)品檢測得到的振動信號中提取影響產(chǎn)品舒適性的特征信號，并以其對應(yīng)的功率密度作為產(chǎn)品質(zhì)量評判的標(biāo)準之一。利用二階循環(huán)統(tǒng)計量循環(huán)譜密度函數(shù)的解調(diào)特性，對產(chǎn)品振動信號的循環(huán)譜密度函數(shù)切片圖進行分析，得到隱含在其中的特征調(diào)制信號，并根據(jù)影響人體舒適感的頻率范圍找出缺陷頻率點，依據(jù)缺陷頻率點的功率密度，可以較好的評價產(chǎn)品的性能。文獻《SC型齒輪齒條式施工升降機振動噪聲分析》(數(shù)字化用戶，2013年第10期)分別從齒輪齒條嚙合安裝精度誤差、運行部件之間的間隙和動力驅(qū)動不平衡等幾個方面論述了引起齒輪齒條式施工升降機振動噪聲的幾個因素。然而平動機構(gòu)瞬態(tài)運動過程中得到的振動信號屬于非平穩(wěn)信號，在這些狀態(tài)下并不直接滿足傅立葉變換對信號的平穩(wěn)性要求，如果人為地將這類信號假定為平穩(wěn)信號進行處理，結(jié)果將產(chǎn)生嚴重的“頻率模糊”現(xiàn)象，如圖1所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種平動機構(gòu)振動信號識別方法，該方法克服了致命的“泄漏效應(yīng)”，等位移域采樣后的信號是以采樣階比做周期延拓，可避免信號FFT轉(zhuǎn)換時的泄漏，大大提高了系統(tǒng)的分析精度。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0005]一種平動機構(gòu)振動信號識別方法，該方法包括如下步驟:
[0006]I)采用振動加速度傳感器以恒定的時間間隔對平動機構(gòu)的振動信號進行第一次采樣，得到振動信號的時域采樣波形；同時采用光柵位移傳感器以相同的采樣速率對平動機構(gòu)平移過程中的位移信號進行同步采樣；再將振動信號和位移信號經(jīng)抗混疊濾波器濾波后，通過數(shù)據(jù)采集卡生成數(shù)字信號；
[0007]2)根據(jù)位移脈沖信號來控制采樣頻率對平動機構(gòu)的振動信號進行第二次采樣，把等時間間隔的振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈任灰崎g隔；
[0008]3)然后把等位移采樣間隔的振動信號進行FFT變換，得到位移空間的階次譜，從而拾取任意位置上的振動變化量。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在步驟2)中，插值算法采用的是二次曲線擬合，根據(jù)輸入的三個脈沖時刻值(ti，t2，t3)和其對應(yīng)的位移(S1, S2，S3),求出二次曲線的系數(shù)(Ibpb2),得到二次曲線方程，進而得到位移所對應(yīng)的時刻；然后根據(jù)位移所對應(yīng)的時刻對原始振動信號重采樣，就可以得到等位間隔的振動信號；平動機構(gòu)在短時間內(nèi)是作勻加或減速度運動，平動機構(gòu)行駛的位移S (t)表示為:
[0010]S (t) =ID2I^bpb0 (1)
[0011]式中，I^bpb2為待定系數(shù)，t為時間點；將三個依次到達的脈沖時間點(ti，t2，t3)代入(I)式，由于設(shè)定的位移重采樣間隔Λ S是固定的，求解可得任意位移Si,S1 ^ Si ^ S3, S1為所對應(yīng)的位移，S3為t3所對應(yīng)的位移，且且Si=k Δ s,k為正整數(shù)，所對應(yīng)的時刻:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種平動機構(gòu)振動信號識別方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)采用振動加速度傳感器以恒定的時間間隔對平動機構(gòu)的振動信號進行第一次采樣，得到振動信號的時域采樣波形；同時采用光柵位移傳感器以相同的采樣速率對平動機構(gòu)平移過程中的位移信號進行同步采樣；再將振動信號和位移信號經(jīng)抗混疊濾波器濾波后，通過數(shù)據(jù)采集卡生成數(shù)字信號； 2)根據(jù)位移脈沖信號來控制采樣頻率對平動機構(gòu)的振動信號進行第二次采樣，把等時間間隔的振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈任灰崎g隔； 3)然后把等位移采樣間隔的振動信號進行FFT變換，得到位移空間的階次譜，從而拾取任意位置上的振動變化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平動機構(gòu)振動信號識別方法，其特征在于，在步驟2)中，插值算法采用的是二次曲線擬合，根據(jù)輸入的三個脈沖時刻值(t”t2，t3)和其對應(yīng)的位移(S1, S2, S3),求出二次曲線的系數(shù)(I^b1, b2)，得到二次曲線方程，進而得到任意位移所對應(yīng)的時刻；然后根據(jù)位移所對應(yīng)的時刻對原始振動信號重采樣，就可以得到等位間隔的振動信號；平動機構(gòu)的運動在短時間內(nèi)作勻加或減速度運動，則平動機構(gòu)行駛的位移S(t)可表示為: S (t)(I) 式中，t為時間點，將三個依次到達的脈沖時間點U1, t2, t3)代入⑴式，由于設(shè)定的位移重采樣間隔Λ s是固定的，求解可得任意位移Si, S1≤Si≤S3, S1為&所對應(yīng)的位移，S3為t3所對應(yīng)的位移，且且Si=k Δ s,k為正整數(shù)，所對應(yīng)的時刻:
【文檔編號】G01H17/00GK103791999SQ201410056639
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】施全, 李文禮, 石曉輝, 郭棟, 鄒喜紅, 張志剛, 郝建軍 申請人:重慶理工大學(xué)