CN113503961A - 一种冲击振动传感器信号的拾取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冲击振动传感器信号的拾取方法，采样冲击振动信号，对冲击振动信号求平均值并找出最大值，判断最大值是否位于数据中间，若是判断最大值两侧数据单调递增或单调递减、增幅与减幅基本相同，则采集到合适数据，若否调整数据直至符合要求。采用时域的方式对冲击振动传感器采集的信号进行处理，得到符合要求的冲击振动信号，准确性较高，并且实现实时信号的采集，同时通过频域的方式进一步对时域处理的结果进行辅证，增加了采集信号的可靠性与准确性。

Description

一种冲击振动传感器信号的拾取方法
技术领域
本发明涉及振动试验技术领域，尤其是涉及一种冲击振动传感器信号的拾取方法。
背景技术
随着我国成为制造业大国，产品的可靠性越来越为世人所关注，好的产品上市前一般都要经过一系列严苛的试验，如风沙试验、盐雾试验、振动试验、冲击试验、温度试验等，以验证产品设计是否满足要求。
针对冲击试验设备，在冲击试验中最重要的参数为冲击强度，若要准确设置冲击强度，就必须精确拾取冲击振动传感器产生的信号，目前对于冲击振动信号的拾取由于其自身存在的扰动以及外界环境的噪音等干扰下，不能够准确的拾取冲击振动信号，需要进行多次拾取，并根据拾取结果进行判断，大大影响试验的质量与效率。
故需要提供一种在外界干扰情况下仍能准确拾取冲击振动信号的技术。
发明内容
为解决上问题，本发明提供一种冲击振动传感器信号的拾取方法，能够在自身以及外界干扰情况下准确且实时拾取冲击振动信号。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种冲击振动传感器信号的拾取方法，该拾取方法的步骤为，
S1、通过冲击振动传感器对振动频率进行采样，得到若干采样数据，并根据已确定的响应周期，将若干采样数据分配至若干个响应周期内，选取一个响应周期进入步骤S2；
S2、对该响应周期内若干采样数据求平均值，同时找出若干采样数据中的最大值；
S3、判断最大值是否位于若干采样数据采样时间的中间位置，若是则进入步骤S6，若否则进入步骤S4；
S4、判断采样数据是否符合数量以及趋势要求，若是进入步骤S5，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2；
S5、以当前采样数据的有效值作为起点，移动响应周期的位置，重新获得一个完整响应周期，返回步骤S2；
S6、判断最大值左侧单调递增、最大值右侧单调递减以及单调递增数值与单调递交数值相同三者是否全部满足，若是则该响应周期内拾取的采样数据符合要求，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2。
进一步具体的，所述的步骤S4中判断采样数据是否符合数量以及趋势要求的方法为，
S41、查找最大值左侧高于平均值的数据个数，并判断该数据个数是否小于N个，若是则进入步骤S42，若否则进入步骤S43；
S42、查找最大值右侧高于平均值的数据个数，并判断该数据个数是否小于N个，若是则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2，若否则进入步骤S44；
S43、将最大值左侧的采样数据平均分为k份，并将每份中的采样数据相加求和得到k个和值，并判断k个和值是否单调递增，若是则进入步骤S5，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2；
S44、将最大值右侧的采样数据平均分为k份，并将每份中的采样数据相加求和得到k个和值，并判断k个和值是否单调递减，若是则进入步骤S5，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2。
进一步具体的，所述的步骤S41与步骤S42中的N为100。
进一步具体的，所述的步骤S6中最大值左侧单调递增的判断方法为，将该响应周期内的采样数据平均分为q份，并将每份中的采样数据相加求和得到q个和值，选取最大值左侧的若干和值进行判断。
进一步具体的，所述的步骤S6中最大值右侧单调递减的判断方法为，将该响应周期内的采样数据平均分为q份，并将每份中的采样数据相加求和得到q个和值，选取最大值右侧的若干和值进行判断。
进一步具体的，在冲击振动信号拾取完成之后，通过频域处理的方法对采样数据进行处理判断是否检测到冲击振动信号。
进一步具体的，所述的频域处理的方法为，
S71、将所有的采样数据进行FFT运算，得到若干频率数据；
S72、对若干频率数据进行平方律检波，按照4个频率数据一组形式若干个复数数据；
S73、计算第一门限，将若干复数数据转换为实数数据并求和计算平均值，再根据实数数据与平均值计算均方差Cσ，
第一门限为Cp＝k·Cσ，其中k＝2；
S74、将所有频率数据与第一门限进行对比，选取小于第一门限的频率数据组成第二频率数据按照步骤S72-S73计算第二门限；
S75、将所有频率数据与第二门限进行对比，并统计大于第二门限的频率数据的个数；
S76、判断统计的频率数据的个数是否大于所有频率数据个数的10％，若是则说明检测到冲击振动信号，若否则说明未检测到冲击振动信号。
进一步具体的，所述的步骤S72中所述的复数数据包括实部与虚部，
实部为：
Figure BDA0003174749320000031
虚部为：
Figure BDA0003174749320000032
其中，A(j)为频率数据，Bj为复数数据。
进一步具体的，所述的复数数据转换为实数数据的公式为：
Figure BDA0003174749320000033
本发明的有益效果是：采用时域的方式对冲击振动传感器采集的信号进行处理，得到符合要求的冲击振动信号，准确性较高，并且实现实时信号的采集，同时通过频域的方式进一步对时域处理的结果进行辅证，增加了采集信号的可靠性与准确性。
附图说明
图1是本发明时域处理的流程示意图；
图2是本发明采样数据数量与趋势判断的流程示意图；
图3是本发明频域处理的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
冲击振动的响应时间为3～50毫秒，冲击振动的最高频响不超过10k，根据冲击台体和冲击强度的变化而变化，以低频居多，根据FFT原理，采样频率越高，频率分辨率越高，下面以频响10k为例，则采样频率不能低于20k，否则不能反映真实的信号频谱信息，若A/D芯片采样频率为100k，采样宽度为16位，采样时间为10ms，则冲击振动响应时间内采样次数为1000次，2000字节数据，设数据存储深度为3倍响应时间，则需分配的内存为6000个字节，设时间窗口为10毫秒，则整个内存数据对应3个冲击响应周期，
如图1所示一种冲击振动传感器信号的拾取方法，该拾取方法的步骤为，
S1、通过冲击振动传感器对振动频率进行采样，得到若干采样数据，并根据已确定的响应周期，将若干采样数据分配至若干个响应周期内，选取一个响应周期，在进行软件处理时，将该响应周期内的采样数据分别赋值至D[i]数组后，进入步骤S2。
S2、对该响应周期内若干采样数据，即D[i]数组内的采样数据求平均值Dave，同时找出D[i]数组中的最大值Dmax。
S3、判断最大值是否位于若干采样数据采样时间的中间位置，即Dmax左侧的采样数据的数量与右侧采样数据的数量相等，若是则说明采样数据基本符合要求进入步骤S6进一步处理，若否则说明采样数据不符合要求需要进行调整进入步骤S4做进一步处理。
S4、判断采样数据是否符合数量以及趋势要求，如图2所示具体的数量要求以及趋势要求判断为：
S41、查找最大值Dmax左侧高于平均值Dave的采样数据个数，并判断该采样数据个数是否小于N个，此处N取100，若是则说明最大值Dmax左侧的采样数据不符合要求进入步骤S42对最大值Dmax右侧的采样数据进行判断，若否则说明最大值Dmax左侧的采样数据符合要求，此时进入步骤S43对最大值Dmax左侧的采样数据进行处理；
S42、查找最大值Dmax右侧高于平均值Dave的采样数据个数，并判断该采样数据个数是否小于N个，此处N取100，若是则说明最大值Dmax右侧的采样数据不符合要求，此时选取下一个响应周期的采样数据重新赋值至D[i]数组后返回步骤S2重新操作，若否则说明最大值Dmax右侧的采样数据符合要求，此时进入步骤S44对最大值Dmax右侧的采样数据进行处理；
S43、此处对最大值Dmax左侧的采样数据进行处理，将最大值Dmax左侧的采样数据平均分为k份，并将每份中的采样数据相加求和得到k个和值，并根据采样时间顺序判断k个和值是否单调递增，若是则说明符合要求进入步骤S5进一步处理，若否则说明不符合要求，此时选取下一个响应周期的采样数据重新赋值至D[i]数组后返回步骤S2重新操作；
S44、此处对最大值Dmax右侧的采样数据进行处理，将最大值Dmax右侧的采样数据平均分为k份，并将每份中的采样数据相加求和得到k个和值，并根据采样时间顺序判断k个和值是否单调递减，若是则说明符合要求进入步骤S5进一步处理，若否则说明不符合要求，此时选取下一个响应周期的采样数据重新赋值至D[i]数组后返回步骤S2重新操作。
S5、此处对响应周期的位置进行调整，以当前采样数据(最大值Dmax左侧的采样数据或者最大值Dmax右侧的采样数据)的有效值作为起点，移动响应周期的位置，重新获得若干响应周期，选取移动后的第一个响应周期的采样数据重新赋值至D[i]数组后返回步骤S2重新操作。
S6、判断最大值Dmax左侧单调递增、最大值Dmax右侧单调递减以及单调递增数值与单调递减数值相同三者是否全部满足，
首先，将该响应周期内采样数据平均分为q份，并将每份中的采样数据相加求和得到q个和值，由于最大值Dmax位于D[i]数组的中间位置，所以最大值Dmax左侧的和值与最大值Dmax右侧的和值数量一致；
之后，选取最大值Dmax左侧的所有和值，根据采集时间顺序判断所有和值是否单调递增；
之后，选取最大值Dmax右侧的所有和值，根据采集时间顺序判断所有和值是否单调递减；
最后，求出最大值Dmax左侧递增的数值以及最大值Dmax右侧递减的数值进行比较，两者相差在5％以内，则说明符合要求；
上述三种状态都满足要求时，说明采样数据准确，可以使用；若上述三种状态有一个不满足要求，则说明采样数据不准确，此时选取下一个响应周期的采样数据重新赋值至D[i]数组后返回步骤S2重新操作。
上述方式为时域方式处理而得到的冲击振动信号，为了保证拾取的冲击振动信号更加准确，在上述步骤完成之后采用频域处理的方法对采样数据进行处理并判断是否检测到冲击振动信号，用以辅证信号的准确性。
如图3所示该频域处理的方法为：
S71、将采集到的该周期内D[i]数组内的所有采样数据进行FFT运算，得到若干频率数据组成A[i]数组，其中A[i]数组内频率数据的个数与D[i]数组内采样数据的个数一致。
S72、对A[i]数组内所有频率数据进行平方律检波，按照4个频率数据一组形式若干个复数数据，其中复数数据包括实部与虚部，
实部为四个频率数据中第一个数与第三个数的差除以2：
Figure BDA0003174749320000071
虚部为四个频率数据中第二个数与第四个数的差除以2：
Figure BDA0003174749320000072
其中，A(j)为频率数据，Bj为复数数据。
S73、计算第一门限，
首先，将若干复数数据转换为实数数据(检波)，
实数数据为
Figure BDA0003174749320000073
并求和计算平均值，
平均值为
Figure BDA0003174749320000074
再根据实数数据与平均值计算均方差Cσ，
均方差为
Figure BDA0003174749320000075
第一门限为Cp＝k·Cσ，其中k＝2；
S74、将A[i]数组内所有频率数据与第一门限进行对比，选取小于第一门限的频率数据组成新的频率数据按照步骤S72-S73计算出第二门限；
S75、将A[i]数组内所有频率数据与第二门限进行对比，并统计大于第二门限的频率数据的个数；
S76、判断统计的频率数据的个数是否大于A[i]数组内所有频率数据个数的10％，若是则说明检测到冲击振动信号，若否则说明未检测到冲击振动信号。
若频域处理后显示未检测到信号，则选取下一个响应周期的采样数据重新赋值至D[i]数组后返回步骤S2重新操作。
综上，首先通过冲击振动传感器对信号进行拾取，并经过时域处理的方式对信号进行挑选并调整有效信号输出，使得拾取的信号准确性高，具有实时性；通过频域处理的方式对拾取的信号进一步判断，更加增加了信号的准确性与可靠性。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，该拾取方法的步骤为，
S1、通过冲击振动传感器对振动频率进行采样，得到若干采样数据，并根据已确定的响应周期，将若干采样数据分配至若干个响应周期内，选取一个响应周期进入步骤S2；
S2、对该响应周期内若干采样数据求平均值，同时找出若干采样数据中的最大值；
S3、判断最大值是否位于若干采样数据采样时间的中间位置，若是则进入步骤S6，若否则进入步骤S4；
S4、判断采样数据是否符合数量以及趋势要求，若是进入步骤S5，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2；
S5、以当前采样数据的有效值作为起点，移动响应周期的位置，重新获得一个完整响应周期，返回步骤S2；
S6、判断最大值左侧单调递增、最大值右侧单调递减以及单调递增数值与单调递交数值相同三者是否全部满足，若是则该响应周期内拾取的采样数据符合要求，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2。
2.根据权利要求1所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，所述的步骤S4中判断采样数据是否符合数量以及趋势要求的方法为，
S41、查找最大值左侧高于平均值的数据个数，并判断该数据个数是否小于N个，若是则进入步骤S42，若否则进入步骤S43；
S42、查找最大值右侧高于平均值的数据个数，并判断该数据个数是否小于N个，若是则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2，若否则进入步骤S44；
S43、将最大值左侧的采样数据平均分为k份，并将每份中的采样数据相加求和得到k个和值，并判断k个和值是否单调递增，若是则进入步骤S5，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2；
S44、将最大值右侧的采样数据平均分为k份，并将每份中的采样数据相加求和得到k个和值，并判断k个和值是否单调递减，若是则进入步骤S5，若否则选取下一个响应周期的采样数据返回步骤S2。
3.根据权利要求2所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，所述的步骤S41与步骤S42中的N为100。
4.根据权利要求1所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，所述的步骤S6中最大值左侧单调递增的判断方法为，将该响应周期内的采样数据平均分为q份，并将每份中的采样数据相加求和得到q个和值，选取最大值左侧的若干和值进行判断。
5.根据权利要求1所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，所述的步骤S6中最大值右侧单调递减的判断方法为，将该响应周期内的采样数据平均分为q份，并将每份中的采样数据相加求和得到q个和值，选取最大值右侧的若干和值进行判断。
6.根据权利要求1所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，在冲击振动信号拾取完成之后，通过频域处理的方法对采样数据进行处理判断是否检测到冲击振动信号。
7.根据权利要求6所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，所述的频域处理的方法为，
S71、将所有的采样数据进行FFT运算，得到若干频率数据；
S72、对若干频率数据进行平方律检波，按照4个频率数据一组形式若干个复数数据；
S73、计算第一门限，将若干复数数据转换为实数数据并求和计算平均值，再根据实数数据与平均值计算均方差Cσ，
第一门限为Cp＝k·Cσ，其中k＝2；
S74、将所有频率数据与第一门限进行对比，选取小于第一门限的频率数据组成第二频率数据按照步骤S72-S73计算第二门限；
S75、将所有频率数据与第二门限进行对比，并统计大于第二门限的频率数据的个数；
S76、判断统计的频率数据的个数是否大于所有频率数据个数的10％，若是则说明检测到冲击振动信号，若否则说明未检测到冲击振动信号。
8.根据权利要求7所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，所述的步骤S72中所述的复数数据包括实部与虚部，
实部为：
Figure FDA0003174749310000031
虚部为：
Figure FDA0003174749310000032
其中，A(j)为频率数据，Bj为复数数据。
9.根据权利要求8所述的冲击振动传感器信号的拾取方法，其特征在于，所述的复数数据转换为实数数据的公式为：
Figure FDA0003174749310000033
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