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专利号: 2017111574906
申请人: 郑州工程技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,提出一种二元特征尺度分解方法——复局部特征尺度分解(CLCD);

步骤2,采集转子同一截面水平方向及垂直方向上的油膜振荡信号,并将其组成一个复数形式的二元旋转信号;

步骤3,通过复局部特征尺度分解(CLCD)将复数形式的二元旋转信号自适应分解成多个复数形式单分量的二元子旋转信号与一个最终残留信号之和,进而分离出基频对应的二元子旋转信号和半频对应的二元子旋转信号;

步骤4,分别对复数形式的二元旋转信号的实部和虚部进行傅立叶变换,得到各自的频谱;

步骤5,根据傅立叶变换结果确定基频和半频对应的二元子旋转信号,再分别对其运用希尔伯特变换,得到相应的瞬时幅值特性和瞬时频率特性;

步骤6,根据得到的二元子旋转信号的瞬时幅值特性和瞬时频率特性,获取油膜振荡信号的二维瞬时时-幅、时-频、幅-频特征和三维时-幅-频特征。

2.根据权利要求1所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取方法,其特征在于,步骤1提出了一种二元特征尺度分解方法——复局部特征尺度分解(CLCD),具体实现步骤为:步骤1-1,将复数形式的二元旋转信号z(t)分别投影到0方向和π/2方向,z0(t)=Re(e-j0·z(t))

步骤1-2,利用局部特征尺度分解分别计算z0(t)和zπ/2(t)的基线信号;

步骤1-3,将步骤1-2中得到的z0(t)和zπ/2(t)的基线信号分别从z0(t)和zπ/2(t)中分离出来,得到剩余信号I0(i,k)(t)和I(π/2)(i,k)(t),I0(i,k)(t)=z0(t)-p0(i,k)(t)

I(π/2)(i,k)(t)=zπ/2(t)-p(π/2)(i,k)(t)其中,p0(i,k)(t)为z0(t)的基线信号,p(π/2)(i,k)(t)为zπ/2(t)的基线信号,i为ISC分量的个数,ISC为内禀尺度分量,k为剩余信号满足ISC条件的最大迭代次数;

步骤1-4,根据步骤1-3中得到的实轴方向的剩余信号I0(i,k)(t)和虚轴方向的剩余信号I(π/2)(i,k)(t),计算复数信号的剩余信号I(i,k)(t),步骤1-5,根据步骤1-4得到的复数信号的剩余信号I(i,k)(t),可得到复ISC分量ci(t),ci(t)=I(i,k)(t)步骤1-6,将所有复内禀尺度分量和最终残留信号相加,得到复数信号的复局部特征尺度分解的完整表达式为:其中,n为最大迭代次数,r(t)为最终残留信号。

3.根据权利要求2所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取方法,其特征在于,所述步骤1-3中满足的ISC条件为,其中,Xk为每一个ISC分量在整个数据段内极值点,τk为各个极值点对应的时刻(k=1,

2,...,M,其中,M为极值点的个数),设定常数a∈(0,1),典型地,a=0.5,Lk为均值点,设定变动量△,当|Lk+1|≤△时迭代结束。

4.根据权利要求2所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取方法,其特征在于,所述步骤1-6中通过循环处理得到最终残留信号,判断循环停止的条件是残留信号呈现单调变化特性或者是一常数。

5.根据权利要求1所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取方法,其特征在于,所述步骤2中组成的复数形式的二元旋转信号z(t)为:z(t)=x(t)+jy(t)

其中,x(t)为水平方向上的油膜振荡信号,y(t)为垂直方向上的油膜振荡信号,ij=i2=j2=-1。

6.一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取装置,其特征在于,包括检测单元、分解单元和转换单元;

所述检测单元用于采集转子同一截面水平方向和垂直方向的油膜振荡信号,并将其组成一个复数形式的二元旋转信号;

所述分解单元用于将所述复数形式的二元旋转信号自适应分解成多个复数形式单分量的二元子旋转信号与一个最终残留信号之和;

所述转换单元用于将复数形式的二元旋转信号从时域变换到频域,并对基频对应的二元子旋转信号和半频对应的二元子旋转信号运算,得到相应的瞬时幅值特性和瞬时频率特性,从而提取油膜振荡信号的二维瞬时时-幅、时-频、幅-频特征和三维时-幅-频特征。

7.根据权利要求6所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取装置,其特征在于,所述检测单元所组成的复数形式的二元旋转信号z(t)为:z(t)=x(t)+jy(t)

其中,x(t)为水平方向上的油膜振荡信号,y(t)为垂直方向上的油膜振荡信号,ij=i22

=j=-1。

8.根据权利要求7所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取装置,其特征在于,所述分解单元运用复局部特征尺度分解将所述复数形式的二元旋转信号z(t)自适应分解成多个复数形式单分量的二元子旋转信号与一个最终残留信号之和;具体步骤包括:(1)将复数形式的二元旋转信号信号z(t)分别投影到0方向和π/2方向,z0(t)=Re(e-j0·z(t))

(2)利用局部特征尺度分解分别计算z0(t)和zπ/2(t)的基线信号;

(3)将步骤(2)中得到的z0(t)和zπ/2(t)的基线信号分别从z0(t)和zπ/2(t)中分离出来,得到剩余信号I0(i,k)(t)和I(π/2)(i,k)(t),I0(i,k)(t)=z0(t)-p0(i,k)(t)

I(π/2)(i,k)(t)=zπ/2(t)-p(π/2)(i,k)(t)其中,p0(i,k)(t)为z0(t)的基线信号,p(π/2)(i,k)(t)为zπ/2(t)的基线信号,i为ISC分量的个数,ISC为内禀尺度分量,k为剩余信号满足ISC条件的最大迭代次数;

(4)根据步骤(3)中得到的实轴方向的剩余信号I0(i,k)(t)和虚轴方向的剩余信号I(π/2)(i,k)(t),计算复数信号的剩余信号I(i,k)(t),(5)根据步骤(4)得到的复数信号的剩余信号I(i,k)(t),可得到复ISC分量ci(t),ci(t)=I(i,k)(t)(6)将所有复内禀尺度分量和最终残留信号相加,得到复数信号的复局部特征尺度分解的完整表达式为:其中,n为最大迭代次数,r(t)为最终残留信号。

9.根据权利要求8所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取装置,其特征在于,所述步骤(3)中满足的ISC条件为,其中,Xk为每一个ISC分量在整个数据段内极值点,τk为各个极值点对应的时刻(k=1,

2,...,M,其中,M为极值点的个数),设定常数a∈(0,1),典型地,a=0.5,Lk为均值点,设定变动量△,当|Lk+1|≤△时迭代结束;

所述步骤(6)中通过循环处理得到最终残留信号,判断循环停止的条件是残留信号呈现单调变化特性或者是一常数。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种油膜振荡二维及三维瞬时特征提取装置,其特征在于,所述转换单元运用傅立叶变换将复数形式的二元旋转信号从时域变换到频域,运用希尔伯特变换对基频对应的二元子旋转信号和半频对应的二元子旋转信号运算,得到相应的瞬时幅值特性和瞬时频率特性,从而提取油膜振荡信号的二维瞬时时-幅、时-频、幅-频特征和三维时-幅-频特征。